JP2023021932A - Image sensing device - Google Patents

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Abstract

To provide an image sensing device capable of combining a variety of subpixels.SOLUTION: An image sensing device 100 can include at least one pixel group PXG between a row and a column arranged to intersect each other. The pixel group PXG can include at least one floating diffusion FD1, and n (n is odd number larger than 1) photoelectric conversion elements PD1, PD2, and PD4 commonly connected to the floating diffusion FD 1 to each generate charges for exposure light.SELECTED DRAWING: Figure 2a

Description

本技術は、イメージセンシング装置に関し、より詳細には、多様な数のサブピクセルをビニング(binning)できるイメージセンシング装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present technology relates to an image sensing device, and more particularly, to an image sensing device capable of binning various numbers of sub-pixels.

イメージセンシング装置(image sensing device)は、光学映像を電気信号に変換させる装置である。最近、コンピュータ及び通信産業の発達に伴い、スマートフォン、デジタルカメラ、カムコーダ、PCS(personal communication system)、ゲーム機、監視用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボット産業又は赤外線センシング装置の分野などにおいて向上した性能のイメージセンシング装置に対する需要が増加しつつある。 An image sensing device is a device that converts an optical image into an electrical signal. Recently, with the development of computer and communication industries, the performance has been improved in the fields of smart phones, digital cameras, camcorders, PCS (personal communication system), game machines, surveillance cameras, medical micro cameras, robot industry, infrared sensing devices, etc. The demand for image sensing devices in the world is increasing.

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンシング装置は、簡単な方式により駆動可能であり、単一のチップに集積できるので、小型化が容易であり、高集積度により消費電力が非常に低いという長所がある。また、CMOS工程技術を用いた製造により製造コストが低減されるため、最近はCMOSイメージセンシング装置が広く利用されている。 A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensing device can be driven by a simple method, can be integrated into a single chip, so it can be easily miniaturized, and has the advantages of very low power consumption due to high integration. be. In addition, CMOS image sensing devices are widely used these days because manufacturing costs can be reduced by using CMOS process technology.

現在、高性能カメラ付きスマートフォンの要求が増大することにより、スマートフォンのカメラ機能を担当するイメージセンシング装置は、より豊富なカラーの表現や夜間撮影時の焦点検出能力と共に、ノイズ抑制技術が要求されている。このために、より多くの数のピクセルが結合されて、同じ露出時間内により多くの電荷を受光するビニング技術が提案されている。 Due to the increasing demand for smartphones with high-performance cameras, the image sensing device responsible for the smartphone camera function is required to have more rich color expression, focus detection capability during night photography, and noise suppression technology. there is To this end, binning techniques have been proposed in which a greater number of pixels are combined to receive more charge within the same exposure time.

本発明の実施例は、多様な数のサブピクセルを組合せることができるイメージセンシング装置を提供する。 Embodiments of the present invention provide an image sensing device that can combine various numbers of sub-pixels.

本発明の一実施例に係るイメージセンシング装置は、交差配列されるロウ(row)及びカラム(column)間に連結されるピクセルグループを少なくとも一つ含むことができる。ピクセルグループは、少なくとも一つのフローティングディフュージョン(floating diffusion)と、フローティングディフュージョンと共通的に連結され、露出光に対して電荷を各々生成するn個(nは1より大きい奇数)の光電変換素子とを含むことができる。 An image sensing apparatus according to an embodiment of the present invention may include at least one pixel group connected between cross-arranged rows and columns. A pixel group includes at least one floating diffusion and n (n is an odd number greater than 1) photoelectric conversion elements that are commonly connected to the floating diffusion and each generate an electric charge with respect to exposure light. can contain.

例示的な実施例として、フローティングディフュージョンは、ピクセルグループ当たり偶数個だけ具備され、偶数個のフローティングディフュージョンは電気的に連結される。 As an exemplary embodiment, an even number of floating diffusions are provided per pixel group, and the even number of floating diffusions are electrically connected.

例示的な実施例として、ロウは少なくとも3つのサブロウに区分され、カラムは少なくとも1つのサブカラムに区分される。これにより、サブロウ及びサブカラムの交差部に各々連結される複数のサブピクセルにより、ピクセルグループが限定される。 As an illustrative example, rows are partitioned into at least three sub-rows and columns are partitioned into at least one sub-column. Accordingly, pixel groups are defined by a plurality of sub-pixels each connected to the intersection of sub-rows and sub-columns.

サブピクセルの各々に光電変換素子が形成され、少なくとも3つのサブピクセル間にフローティングディフュージョンが各々位置し、光電変換素子と隣接しているフローティングディフュージョン間に転送トランジスタのゲートが各々配置される。 A photoelectric conversion element is formed in each sub-pixel, a floating diffusion is positioned between at least three sub-pixels, and a gate of a transfer transistor is disposed between the floating diffusion adjacent to the photoelectric conversion element.

少なくとも一つのピクセルグループのピクセル出力信号を生成するピクセル信号生成回路をさらに含み、ピクセル出力信号は、少なくとも一つのピクセルグループに含まれた光電変換素子により生成された電荷量の総和に基づいて決定される。 A pixel signal generating circuit for generating a pixel output signal for at least one pixel group, the pixel output signal being determined based on a sum of charges generated by the photoelectric conversion elements included in the at least one pixel group. be.

本発明の一実施例に係るイメージセンシング装置は、対向する第1の面及び第2の面を含む基板と、基板の第1の面に形成され、カラム方向に沿って並べて配列される第1、第2及び第3のサブピクセルを含む第1のサブカラム、カラム方向に沿って並べて配列される第4、第5及び第6のサブピクセルを含む第2のサブカラム、並びに、カラム方向に沿って並べて配列される第7、第8及び第9のサブピクセルを含む第3のサブカラムが、カラム方向と垂直であるロウ方向に沿って順次配列される拡張型ピクセルグループと、第1、第2、第4及び第5のサブピクセルの接点部分に形成される第1のフローティングディフュージョンと、第2、第3、第5及び第6のサブピクセルの接点部分に形成される第2のフローティングディフュージョンと、第1のフローティングディフュージョンと第2のサブカラム及び第3のサブカラムの境界線を基準として対称をなす第7及び第8のサブピクセルの接点部分に形成される第3のフローティングディフュージョンと、第2のフローティングディフュージョンと第2のサブカラム及び第3のサブカラムの境界線を基準として対称をなす第8及び第9のサブピクセルの接点部分に形成される第4のフローティングディフュージョンとを含むことができる。第1乃至第9のサブピクセルの各々は、第1乃至第4のフローティングディフュージョンの一つを取り囲むように構成される転送ゲートと、転送ゲートの一側に形成される光電変換素子とを含むことができる。第1乃至第4のフローティングディフュージョンの各々は、3つの転送ゲートにより取り囲まれる。 An image sensing device according to an embodiment of the present invention includes a substrate including a first surface and a second surface facing each other, and first electrodes formed on the first surface of the substrate and arranged side by side along a column direction. , a first sub-column containing second and third sub-pixels, a second sub-column containing fourth, fifth and sixth sub-pixels arranged side by side along the column direction, and along the column direction an extended pixel group in which third sub-columns including seventh, eighth and ninth sub-pixels arranged side by side are sequentially arranged along a row direction perpendicular to the column direction; a first floating diffusion formed at the contact portions of the fourth and fifth sub-pixels, and a second floating diffusion formed at the contact portions of the second, third, fifth and sixth sub-pixels; A third floating diffusion formed at a contact portion of seventh and eighth sub-pixels symmetrical with respect to the boundary line between the first floating diffusion, the second sub-column and the third sub-column, and a second floating diffusion. A diffusion and a fourth floating diffusion formed at a contact portion of eighth and ninth sub-pixels symmetrical with respect to a boundary line of the second sub-column and the third sub-column may be included. Each of the first to ninth sub-pixels includes a transfer gate configured to surround one of the first to fourth floating diffusions, and a photoelectric conversion element formed on one side of the transfer gate. can be done. Each of the first to fourth floating diffusions is surrounded by three transfer gates.

第1のサブカラムの第1乃至第3のサブピクセル上に形成される転送ゲートは、第3のサブカラムの第7乃至第9のサブピクセル上に形成される転送ゲートと同じ形状を有することができる。 The transfer gates formed on the first to third subpixels of the first subcolumn may have the same shape as the transfer gates formed on the seventh to ninth subpixels of the third subcolumn. .

また、第2のサブカラムの第4及び第5のサブピクセル上に形成される転送ゲートは、第3のサブカラムの第7乃至第9のサブピクセル上に形成される転送ゲートに対し、第2及び第3のサブカラムの境界線を中心として対称をなすことができる。 Also, the transfer gates formed on the fourth and fifth sub-pixels of the second sub-column are different from the transfer gates formed on the seventh to ninth sub-pixels of the third sub-column. Symmetry can be done about the boundary of the third sub-column.

第1乃至第4のフローティングディフュージョンは電気的に連結される。 The first to fourth floating diffusions are electrically connected.

拡張型ピクセル構造の外側に集積されるピクセル信号生成回路をさらに含み、ピクセル信号生成回路は、第1乃至第4のフローティングディフュージョンで生成された電荷量に基づいてピクセル出力信号を生成できる。 Further including a pixel signal generation circuit integrated outside the extended pixel structure, the pixel signal generation circuit can generate a pixel output signal based on the amount of charge generated in the first to fourth floating diffusions.

基板の第2の面に配置され、拡張型ピクセル構造に対応する大きさを有する拡張型カラーフィルタをさらに含むことができる。 An extended color filter disposed on the second side of the substrate and having a size corresponding to the extended pixel structure can be further included.

本発明の実施例によれば、一つのカラーフィルタと対応するピクセルグループの数を制約することなく、ピクセルグループの面積を調節できる。さらには、偶数個又は奇数個のサブピクセルが一つのカラーフィルタと対応するグループを形成しても、どの方向でも受光面積を均一化できる。 According to embodiments of the present invention, the area of pixel groups can be adjusted without limiting the number of pixel groups corresponding to one color filter. Furthermore, even if an even number or an odd number of sub-pixels form a group corresponding to one color filter, the light-receiving area can be made uniform in any direction.

また、ビニングモードを用いて、多様な数のサブピクセルの電荷を合算することで、高いSNR(signal to noise ratio)の特性を改善でき、夜間撮影時にも優れた画質の特性を提供できる。 In addition, by summing the charges of various numbers of sub-pixels using the binning mode, high signal to noise ratio (SNR) characteristics can be improved, and excellent image quality characteristics can be provided even during night photography.

本発明の一実施例に係るイメージセンシング装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an image sensing device according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施例に係るピクセルグループを示す等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a pixel group according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施例に係るピクセルグループを示す等価回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing a pixel group according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施例に係るピクセルグループを示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing pixel groups according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施例に係るピクセルグループを示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing pixel groups according to an embodiment of the present invention; 図3aのIIIa-IIIa'線に沿った第1のアクティブ領域を示す断面図である。Figure 3b is a cross-sectional view showing the first active region along line IIIa-IIIa' of Figure 3a; 図3aのIIIb-IIIb'線に沿った第2のアクティブ領域を示す断面図である。Figure 3b is a cross-sectional view showing the second active region along line IIIb-IIIb' of Figure 3a; 図3aのIIIc-IIIc'線に沿った受光領域を示す断面図である。FIG. 3b is a cross-sectional view showing the light-receiving region along the line IIIc-IIIc' of FIG. 3a; 図3aのIIId-IIId'線に沿った受光領域を示す断面図である。FIG. 3b is a cross-sectional view showing the light-receiving region along the line IIId-IIId' of FIG. 3a; 本発明の一実施例に係るピクセルアレイを示す平面図である。1 is a plan view showing a pixel array according to one embodiment of the present invention; FIG. 図5のピクセルアレイを備えたイメージセンシング装置を示す斜視図である。6 is a perspective view of an image sensing device having the pixel array of FIG. 5; FIG. 本発明の一実施例に係る拡張型ピクセルアレイを示す平面図である。1 is a plan view showing an extended pixel array according to one embodiment of the present invention; FIG. 図7の拡張型ピクセルアレイを備えたイメージセンシング装置を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of an image sensing device having the extended pixel array of FIG. 7; 本発明の他の実施例に係る拡張型ピクセルグループを示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an extended pixel group according to another embodiment of the present invention; 本発明の他の実施例に係る拡張型ピクセルグループを示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an extended pixel group according to another embodiment of the present invention; 本発明の一実施例に係る拡張型ピクセルグループ及び拡張型カラーフィルタを備えたイメージセンシング装置を示す斜視図である。1 is a perspective view of an image sensing device having extended pixel groups and extended color filters according to an embodiment of the present invention; FIG.

本発明の利点や特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付図面と共に詳細に後述する実施例を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示している実施例に限定されず、互い異なる多様な形態で具現可能である。但し、本実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明のカテゴリを正確に認識させるために提供されるものであり、本発明は請求の範囲のカテゴリにより定義されるだけである。図面において、層及び領域の大きさ及び相対的な大きさは、説明の明瞭性のために誇張されたものであり得る。明細書の全般に渡り、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。 The advantages and features of the present invention, as well as the manner in which they are achieved, will become apparent from the detailed description of the embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in various different forms and should not be construed as limited to the embodiments disclosed below. However, the examples are provided so that the disclosure of the invention will be complete and will allow those of ordinary skill in the art to which the invention pertains to accurately recognize the categories of the invention. The invention is only defined by the categories of claims. In the drawings, the sizes and relative sizes of layers and regions may be exaggerated for clarity of illustration. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

図1は、本発明の一実施例に係るイメージセンシング装置を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an image sensing device according to one embodiment of the present invention.

図1に示すように、イメージセンシング装置100は、ピクセルアレイ10及び制御回路ブロック60を含むことができる。 As shown in FIG. 1, image sensing device 100 may include pixel array 10 and control circuit block 60 .

ピクセルアレイ10は、複数のロウライン、複数のカラムライン及び複数のピクセルグループPXGを含むことができる。一実施例において、複数のロウラインR1~Rnは図面の第1の方向D1に沿って平行に配列され、複数のカラムラインC1~Cmは図面の第2の方向D2に延長される。一実施例において、第1の方向D1及び第2の方向D2は互いに垂直をなすことができる。ピクセルグループPXGの各々は、複数のロウラインR1~Rn及び複数のカラムラインC1~Cmの交差部に各々位置し得る。同じロウラインR1~Rnに連結された複数のピクセルグループPXGは、同時に露出が進行されることができ、選択されたカラムラインと連結されたピクセルグループPXGのピクセル出力信号が、選択されたカラムラインを介して制御回路ブロック60に伝達されることができる。 The pixel array 10 may include multiple row lines, multiple column lines and multiple pixel groups PXG. In one embodiment, a plurality of row lines R1-Rn are arranged in parallel along a first direction D1 of the drawing, and a plurality of column lines C1-Cm extend in a second direction D2 of the drawing. In one embodiment, the first direction D1 and the second direction D2 may be perpendicular to each other. Each pixel group PXG may be located at each intersection of a plurality of row lines R1-Rn and a plurality of column lines C1-Cm. A plurality of pixel groups PXG connected to the same row lines R1-Rn can be exposed simultaneously, and the pixel output signals of the pixel groups PXG connected to the selected column line are applied to the selected column line. can be transmitted to the control circuit block 60 via the

各々のピクセルグループPXGは、少なくとも一つの光電変換素子(図示せず)を含むことができる。本実施例のピクセルグループPXGは、少なくとも一つのカラーフィルタ(図示せず)と対応付けられる。光電変換素子は、外部の対象物(object)から伝達される光を電気信号に変換させることができる。光電変換素子は、対象物から伝達される光を受光し、受光量だけの電荷を生成できる。本発明の多様な実施例に係るピクセルグループPXGの細部的な構成については、以下でより詳細に説明する。 Each pixel group PXG may include at least one photoelectric conversion element (not shown). Pixel group PXG in this embodiment is associated with at least one color filter (not shown). A photoelectric conversion device can convert light transmitted from an external object into an electrical signal. A photoelectric conversion element can receive light transmitted from an object and generate an electric charge corresponding to the amount of received light. A detailed configuration of the pixel group PXG according to various embodiments of the present invention will be described in more detail below.

制御回路ブロック60は、ロウドライバ20、カラムドライバ30、出力回路40及びタイミングコントローラ50を含むことができる。 The control circuit block 60 can include row drivers 20 , column drivers 30 , output circuits 40 and timing controllers 50 .

ロウドライバ20は複数のロウラインR1~Rnを制御できる。ロウドライバ20は、ロウ選択に必要とする様々な制御信号を生成して、複数のロウラインR1~Rnを順次選択できる。 A row driver 20 can control a plurality of row lines R1-Rn. The row driver 20 can generate various control signals required for row selection to sequentially select a plurality of row lines R1 to Rn.

カラムドライバ30は複数のカラムラインC1~Cmを制御できる。カラムドライバ30は、カラム選択に必要とする様々な制御信号を生成できる。また、カラムドライバ30は、相関二重サンプラ(Correlated Double Sampler、図示せず)及びアナログ-デジタルコンバータ(Analog-to-Digital Converter、図示せず)を含むことができる。相関二重サンプラは、選択されたロウラインと、選択されたカラムラインとの間に連結されたピクセルグループのピクセル出力信号(又は、ピクセル出力電圧)を、相関二重サンプリングにより検出できる。アナログ-デジタルコンバータは、選択されたピクセルグループPXGのピクセル出力信号をデジタル信号に変換して、出力回路40に伝達できる。 A column driver 30 can control a plurality of column lines C1-Cm. The column driver 30 can generate various control signals required for column selection. Also, the column driver 30 may include a Correlated Double Sampler (not shown) and an Analog-to-Digital Converter (not shown). A correlated double sampler can detect pixel output signals (or pixel output voltages) of pixel groups connected between a selected row line and a selected column line by correlated double sampling. The analog-to-digital converter can convert the pixel output signals of the selected pixel group PXG into digital signals and transmit them to the output circuit 40 .

出力回路40は、デジタル信号を一時保存できるラッチ回路又はバッファ回路及び増幅回路などを含むことができる。また、出力回路40は、カラムドライバ30から受信したデジタル信号を一時保存又は増幅して、イメージデータを生成できる。 The output circuit 40 may include a latch circuit or a buffer circuit, an amplifier circuit, etc. that can temporarily store a digital signal. Also, the output circuit 40 can temporarily store or amplify the digital signal received from the column driver 30 to generate image data.

タイミングコントローラ50は、ロウドライバ20、カラムドライバ30及び出力回路40に対し、各々の動作タイミングを決定するためのタイミング制御信号を提供できる。タイミングコントローラ50は、外部から提供される制御命令を受信し、制御命令に基づいてタイミング制御信号を生成できる。 The timing controller 50 can provide the row driver 20, the column driver 30, and the output circuit 40 with timing control signals for determining their operation timings. The timing controller 50 can receive control instructions provided from the outside and generate timing control signals based on the control instructions.

制御命令は、イメージセンシング装置100の外部に位置したイメージプロセッサ70から提供される。イメージプロセッサ70は、出力回路40から伝達されたイメージデータを処理して、ディスプレイ装置に出力したり、メモリなどのような保存装置に保存したりできる。 Control commands are provided from an image processor 70 located outside the image sensing device 100 . The image processor 70 can process the image data transmitted from the output circuit 40 and output it to a display device or store it in a storage device such as a memory.

図2a及び図2bは、本発明の一実施例に係るピクセルグループを示す等価回路図である。 2a and 2b are equivalent circuit diagrams showing pixel groups according to one embodiment of the present invention.

図2aに示すように、ピクセルグループPXGは、ピクセル信号生成回路110、受光回路120及び少なくとも一つのフローティングディフュージョンを含むことができる。一例として、一つのピクセルグループPXGは偶数個のフローティングディフュージョンを含むことができる。本実施例は、第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2を含むピクセルグループPXGを一例として説明する。 As shown in FIG. 2a, the pixel group PXG can include a pixel signal generating circuit 110, a light receiving circuit 120 and at least one floating diffusion. For example, one pixel group PXG may include an even number of floating diffusions. In this embodiment, a pixel group PXG including a first floating diffusion FD1 and a second floating diffusion FD2 will be described as an example.

ピクセル信号生成回路110は、受光回路120から得られた光電荷量に基づいてピクセル出力信号Voutを生成できる。後述するが、受光回路120は、光の露出時間によって電荷を生成する回路であり得る。 The pixel signal generation circuit 110 can generate the pixel output signal Vout based on the amount of photocharge obtained from the light receiving circuit 120 . As will be described later, the light receiving circuit 120 may be a circuit that generates electric charge according to the light exposure time.

例示的な実施例として、ピクセル信号生成回路110は、少なくとも一つのピクセルトランジスタを含むことができる。例えば、ピクセルトランジスタは、リセットトランジスタRX、デュアルコンバージョントランジスタDCX、駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXを含むことができる。 As an exemplary embodiment, pixel signal generation circuit 110 may include at least one pixel transistor. For example, the pixel transistors can include reset transistor RX, dual conversion transistor DCX, drive transistor DX and select transistor SX.

リセットトランジスタRX、デュアルコンバージョントランジスタDCX、駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXは、ロウドライバ20(図1を参照)から提供されるロウ関連信号、例えばリセット信号RS、デュアルコンバージョン信号DCS、選択信号SELに応じて動作できる。 The reset transistor RX, dual conversion transistor DCX, drive transistor DX, and select transistor SX are responsive to row-related signals provided from the row driver 20 (see FIG. 1), such as reset signal RS, dual conversion signal DCS, and select signal SEL. can operate.

リセットトランジスタRXは、ピクセル電源ターミナルV1_T及びデュアルコンバージョントランジスタDCX間に電気的に連結できる。リセットトランジスタRXは、リセット信号RSに応じて第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2をリセットさせることができる。リセットトランジスタRXは、ゲート信号としてリセット信号RSを受信して、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2にピクセル電源電圧V1を提供することで、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2をリセットさせることができる。ピクセル電源電圧V1は電源電圧VDD又はポンピング電圧VPPを含むことができる。 A reset transistor RX may be electrically connected between the pixel power terminal V1_T and the dual conversion transistor DCX. The reset transistor RX can reset the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 according to the reset signal RS. The reset transistor RX receives a reset signal RS as a gate signal and provides a pixel power supply voltage V1 to the first and second floating diffusions FD1 and FD2, thereby operating the first and second floating diffusions FD1 and FD2. can be reset. The pixel power voltage V1 can include the power voltage VDD or the pumping voltage VPP.

デュアルコンバージョントランジスタDCXは、第1のフローティングディフュージョンFD1と電気的に連結された第2のフローティングディフュージョンFD2に連結できる。デュアルコンバージョントランジスタDCXは、ロウドライバ20から提供されるデュアルコンバージョン信号DCSに応じて駆動できる。例えば、デュアルコンバージョントランジスタDCXのゲートにデュアルコンバージョン信号DSCが受信され、ドレインは第2のフローティングディフュージョンFD2に連結され、ソースはフローティング(floating)される。場合によっては、デュアルコンバージョントランジスタDCXを省略することもできる。 A dual conversion transistor DCX may be connected to a second floating diffusion FD2 electrically connected to the first floating diffusion FD1. A dual conversion transistor DCX can be driven according to a dual conversion signal DCS provided from the row driver 20 . For example, the gate of the dual conversion transistor DCX receives the dual conversion signal DSC, the drain is connected to the second floating diffusion FD2, and the source is floating. In some cases, the dual conversion transistor DCX can be omitted.

他の一例として、図2bに示すように、デュアルコンバージョントランジスタDCXは、第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2間に連結されることもできる。図2bに示すデュアルコンバージョントランジスタDCXは、デュアルコンバージョン信号DCSをゲート信号として受信できる。デュアルコンバージョントランジスタDCXのドレインは、第1のフローティングディフュージョンFD1と連結されることもでき、ソースは第2のフローティングディフュージョンFD2と連結されることもできる。デュアルコンバージョントランジスタDCXが第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2間に連結される場合、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2は、導電ラインにより直接連結されず、デュアルコンバージョントランジスタDCXの駆動によって選択的に連結されることができる。 As another example, as shown in FIG. 2b, a dual conversion transistor DCX may be connected between the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2. The dual conversion transistor DCX shown in FIG. 2b can receive the dual conversion signal DCS as a gate signal. A drain of the dual conversion transistor DCX may be connected to the first floating diffusion FD1, and a source may be connected to the second floating diffusion FD2. When the dual conversion transistor DCX is connected between the first and second floating diffusions FD1 and FD2, the first and second floating diffusions FD1 and FD2 are not directly connected by a conductive line and the dual conversion transistor DCX is driven. can be selectively linked by

このようなデュアルコンバージョントランジスタDCXは、リセットトランジスタRXと共にターンオンされて、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の残留電荷を放出させることができる。また、デュアルコンバージョントランジスタDCXは、対象体の撮影環境(低照度又は高照度)に応じて、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の電荷量を可変させることができる。これにより、デュアルコンバージョントランジスタDCXの駆動に応じて、ピクセルグループPXGが高変換ゲイン(High Conversion Gain: HCG)モード、又は、低変換ゲイン(Low Conversion Gain: LCG)モードに変換されることができる。 The dual conversion transistor DCX is turned on together with the reset transistor RX to discharge residual charges of the first and second floating diffusions FD1 and FD2. In addition, the dual conversion transistor DCX can change the charge amount of the first and second floating diffusions FD1 and FD2 according to the imaging environment (low illumination or high illumination) of the object. Accordingly, the pixel group PXG can be converted to a high conversion gain (HCG) mode or a low conversion gain (LCG) mode depending on the driving of the dual conversion transistor DCX.

駆動トランジスタDXは、第1及び/又は第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の電荷量に基づいて駆動できる。一例として、駆動トランジスタDXは、第1及び/又は第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2に蓄積された電荷量による有効電圧を増幅させて、ピクセル出力信号Voutを生成するソースフォロワ(source follower)として駆動できる。 The drive transistor DX can be driven based on the charge amount of the first and/or second floating diffusions FD1 and FD2. As an example, the driving transistor DX is driven as a source follower that amplifies the effective voltage according to the amount of charges accumulated in the first and/or second floating diffusions FD1 and FD2 to generate the pixel output signal Vout. can.

選択トランジスタSXは、駆動トランジスタDX及びカラムラインCL間に連結できる。選択信号SELは、ピクセルアレイ10のカラム単位に順次イネーブルされる信号であって、選択トランジスタSXのゲートに入力される。選択信号SELがイネーブルされる場合、選択トランジスタSXがターンオンされて、駆動トランジスタDXで生成されたピクセル出力信号Voutを、選択されたカラムラインCLに伝達できる。 The selection transistor SX may be connected between the driving transistor DX and the column line CL. The selection signal SEL is a signal that is sequentially enabled for each column of the pixel array 10 and is input to the gate of the selection transistor SX. When the selection signal SEL is enabled, the selection transistor SX is turned on to transmit the pixel output signal Vout generated by the driving transistor DX to the selected column line CL.

ピクセル信号生成回路110を構成するピクセルトランジスタRX、DCX、DX、SXは、例えば、NMOSトランジスタを含むことができ、ピクセルトランジスタの連結構造は様々な形態に変形できる。 The pixel transistors RX, DCX, DX, and SX forming the pixel signal generation circuit 110 may include, for example, NMOS transistors, and the connection structure of the pixel transistors may vary.

受光回路120は、露出された光によって電荷を生成する複数の光電変換素子を含む受光部を少なくとも一つ含むことができる。受光部は、一つのフローティングディフュージョンと連結され得る。一実施例において、受光部は、1より大きい奇数個の光電変換素子を含むことができる。 The photodetector circuit 120 can include at least one photodetector that includes a plurality of photoelectric conversion elements that generate charges with exposed light. The light receiving part may be connected to one floating diffusion. In one embodiment, the light receiver can include an odd number of photoelectric conversion elements greater than one.

例示的な実施例として、ピクセルグループPXGが第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2を含む場合、ピクセルグループPXGの受光回路120は、第1の受信部120a及び第2の受信部120bを含むことができる。 As an exemplary embodiment, if the pixel group PXG includes first and second floating diffusions FD1, FD2, the light receiving circuit 120 of the pixel group PXG includes a first receiver 120a and a second receiver 120b. be able to.

第1の受光部120aは、第1のフローティングディフュージョンFD1と連結され、奇数個、例えば第1、第2及び第4の光電変換素子PD1、PD2、PD4を含むことができる。また、第1の受光部120aは、第1、第2及び第4の光電変換素子PD1、PD2、PD4と各々連結される第1、第2及び第4の転送トランジスタTX1、TX2、TX4をさらに含むことができる。このような第1、第2及び第4の転送トランジスタTX1、TX2、TX4は、第1、第2及び第4の転送信号TS1、TS2、TS4に基づいて、第1、第2及び第4の光電変換素子PD1、PD2、PD4で生成された電荷を第1のフローティングディフュージョンFD1に伝達できる。よって、第1、第2及び第4の転送トランジスタTX1、TX2、TX4のドレインは第1のフローティングディフュージョンFD1に相当し、第1、第2及び第4の転送トランジスタTX1、TX2、TX4のソースは第1、第2及び第4の光電変換素子PD1、PD2、PD4に相当する。第1、第2及び第4の転送信号TS1、TS2、TS4は、ロウドライバ20(図1を参照)から提供され、同じイネーブルタイミング又は異なるイネーブルタイミングを有することができる。 The first light receiving part 120a is connected to the first floating diffusion FD1 and may include an odd number of photoelectric conversion elements PD1, PD2 and PD4, for example, first, second and fourth photoelectric conversion elements. In addition, the first light receiving unit 120a further includes first, second and fourth transfer transistors TX1, TX2 and TX4 respectively connected to the first, second and fourth photoelectric conversion elements PD1, PD2 and PD4. can contain. Based on the first, second and fourth transfer signals TS1, TS2 and TS4, the first, second and fourth transfer transistors TX1, TX2 and TX4 are switched to the first, second and fourth transfer transistors TX1, TS2 and TS4. Charges generated by the photoelectric conversion elements PD1, PD2, and PD4 can be transferred to the first floating diffusion FD1. Therefore, the drains of the first, second and fourth transfer transistors TX1, TX2 and TX4 correspond to the first floating diffusion FD1, and the sources of the first, second and fourth transfer transistors TX1, TX2 and TX4 correspond to It corresponds to the first, second and fourth photoelectric conversion elements PD1, PD2 and PD4. The first, second and fourth transfer signals TS1, TS2, TS4 are provided by the row driver 20 (see FIG. 1) and can have the same enable timing or different enable timings.

第2の受信部120bは、第1の受光部120aと実質的に同様な構造を有することができる。例えば、第2の受信部120bは、第3、第5及び第6の光電変換素子PD3、PD5、PD6と、第3、第5及び第6の転送トランジスタTX3、TX5、TX6とを含むことができる。第1の受光部120aの駆動と同様に、第2の受信部120bは、第3、第5及び第6の転送信号TS3、TS5、TS6に応じて、第3、第5及び第6の光電変換素子PD3、PD5、PD6で生成された電荷を第2のフローティングディフュージョンFD2に伝達できる。 The second receiver 120b may have substantially the same structure as the first light receiver 120a. For example, the second receiver 120b may include third, fifth and sixth photoelectric conversion elements PD3, PD5 and PD6, and third, fifth and sixth transfer transistors TX3, TX5 and TX6. can. Similar to the driving of the first light receiving section 120a, the second receiving section 120b drives the third, fifth and sixth photoelectric conversion signals according to the third, fifth and sixth transfer signals TS3, TS5 and TS6. Charges generated by the conversion elements PD3, PD5, and PD6 can be transferred to the second floating diffusion FD2.

第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2は、図2aに示すように、電気的に連結され、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の各々で生成された合算の電荷量が駆動トランジスタDXのゲートに伝達できる。他の一例として、図2bに示すように、デュアルコンバージョン信号DCSの駆動により、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の電荷量が選択的に合算されることもできる。他の一例として、転送トランジスタTX1~TX6の選択的駆動により、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の電荷量を調節できる。さらには、第1の受光部120aの転送トランジスタTX1~TX3及び第2の受光部120bの転送トランジスタTX4~TX6を選択的に駆動させることで、3×1サブピクセルによりピクセルグループを構成することもできる。このように、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の合算された電荷量は、ピクセル信号生成回路110を介してピクセル出力信号Voutとして変換できる。また、図1に示すカラムドライバ30、出力回路40及びイメージプロセッサ70により、ピクセル出力信号Voutはイメージ信号として変換できる。 As shown in FIG. 2a, the first and second floating diffusions FD1 and FD2 are electrically connected, and the total amount of charge generated in each of the first and second floating diffusions FD1 and FD2 is the driving transistor. It can be transmitted to the gate of DX. As another example, as shown in FIG. 2b, the charge amounts of the first and second floating diffusions FD1 and FD2 can be selectively summed by driving the dual conversion signal DCS. As another example, by selectively driving the transfer transistors TX1 to TX6, the amount of charge in the first and second floating diffusions FD1 and FD2 can be adjusted. Furthermore, by selectively driving the transfer transistors TX1 to TX3 of the first light receiving section 120a and the transfer transistors TX4 to TX6 of the second light receiving section 120b, a pixel group can be configured with 3×1 sub-pixels. can. In this way, the summed charge amount of the first and second floating diffusions FD1 and FD2 can be converted as the pixel output signal Vout through the pixel signal generation circuit 110. FIG. Also, the pixel output signal Vout can be converted into an image signal by the column driver 30, the output circuit 40 and the image processor 70 shown in FIG.

このようなピクセル信号生成回路110及び受光回路120の駆動については、大韓民国特許出願2021-00194335号に詳細に記載されており、当該文献の内容は本発明に全部組み込まれている。 The driving of the pixel signal generating circuit 110 and the light receiving circuit 120 is described in detail in Korean Patent Application No. 2021-00194335, the contents of which are fully incorporated into the present invention.

また、本実施例のピクセル信号生成回路110は、一つのピクセルグループPXG当たり一つずつ含まれる例を示しているが、複数のピクセルグループPXGに共有されることもでき、様々な回路構成及び配置を有することができる。本実施例において、転送トランジスタTX1~TX6を受光回路120として例示したが、転送トランジスタTX1~TX6も、ピクセルトランジスタとして解析できることは明らかである。 In addition, although the pixel signal generation circuit 110 of the present embodiment includes one pixel group PXG, it may be shared by a plurality of pixel groups PXG, and various circuit configurations and arrangements are possible. can have Although the transfer transistors TX1 to TX6 are illustrated as the light receiving circuit 120 in this embodiment, it is clear that the transfer transistors TX1 to TX6 can also be analyzed as pixel transistors.

図3a及び図3bは本発明の一実施例に係るピクセルグループを示す平面図である。図4aは図3aのIIIa-IIIa’線に沿った第1のアクティブ領域を示す断面図であり、図4bは図3aのIIIb-IIIb’線に沿った第2のアクティブ領域を示す断面図である。また、図4cは図3aのIIIc-IIIc’線に沿った受光領域を示す断面図であり、図4dは図3aのIIId-IIId’線に沿った受光領域を示す断面図である。参考として、本実施例は、3×2サブピクセルからなるピクセルグループPXGを一例として説明する。図3aのピクセルグループは図2aの等価回路に基づいた平面図であり得、図3bのピクセルグループは図2bに基づいた平面図であり得る。 3a and 3b are plan views showing pixel groups according to one embodiment of the present invention. 4a is a cross-sectional view showing the first active region along line IIIa-IIIa' of FIG. 3a, and FIG. 4b is a cross-sectional view showing the second active region along line IIIb-IIIb' of FIG. 3a. be. 4c is a cross-sectional view showing the light receiving region along the line IIIc-IIIc' of FIG. 3a, and FIG. 4d is a cross-sectional view showing the light receiving region along the line IIId-IIId' of FIG. 3a. For reference, this embodiment will be described by taking a pixel group PXG consisting of 3×2 sub-pixels as an example. The pixel group of FIG. 3a can be a plan view based on the equivalent circuit of FIG. 2a, and the pixel group of FIG. 3b can be a plan view based on FIG. 2b.

図3a及び図4a~図4dに示すように、ピクセルグループPXGは、第1のアクティブ領域ACT1、第2のアクティブ領域ACT2及び複数のサブピクセルsp1~sp6を有する受光領域SAを含むことができる。 As shown in FIGS. 3a and 4a-4d, the pixel group PXG can include a light receiving area SA having a first active area ACT1, a second active area ACT2 and a plurality of sub-pixels sp1-sp6.

第1のアクティブ領域ACT1、第2のアクティブ領域ACT2及び受光領域SAは、各々基板200内に形成され得る。第1のアクティブ領域ACT1、第2のアクティブ領域ACT2及び受光領域SAは、基板200内に形成される素子分離構造物ISOにより各々定義できる。 A first active area ACT1, a second active area ACT2 and a light receiving area SA may each be formed in the substrate 200. FIG. The first active area ACT1, the second active area ACT2, and the light receiving area SA can be defined by isolation structures ISO formed in the substrate 200, respectively.

基板200は、互いに対向する第1の面200a及び第2の面200bを含むことができる。例えば、基板200の第1の面200a、例えば基板200の前面に、ピクセル信号生成回路110(図2a又は図2bを参照)からなるトランジスタを配列できる。 The substrate 200 can include a first side 200a and a second side 200b that face each other. For example, on a first side 200a of the substrate 200, eg, the front side of the substrate 200, the transistors comprising the pixel signal generating circuits 110 (see FIG. 2a or 2b) can be arranged.

基板200の第2の面200b、例えば、基板200の後面に、カラーフィルタ(図示せず)及びマイクロレンズ(図示せず)を配置できる。例えば、外部対象物から伝達される光は、基板200の第2の面200bを介して入射されることができる。 On the second side 200b of the substrate 200, eg, the rear side of the substrate 200, color filters (not shown) and microlenses (not shown) can be arranged. For example, light transmitted from an external object can be incident through the second surface 200 b of the substrate 200 .

例示的な実施例として、基板200は、周期律表上における4族の物質を含む半導体基板であり得る。基板200は例えば、単結晶シリコン基板を含むことができる。基板200は、薄型化工程(thinning process)により薄型化した基板であり得る。また、基板200は、エピタキシャル成長層を含む単結晶シリコン層を含むことができる。また、基板200は、導電型不純物又は導電型ウェルを含むことができる。 As an illustrative example, the substrate 200 may be a semiconductor substrate including Group 4 materials on the periodic table. Substrate 200 can comprise, for example, a single crystal silicon substrate. The substrate 200 may be a substrate thinned by a thinning process. Substrate 200 may also include a single crystal silicon layer, including an epitaxially grown layer. Also, the substrate 200 may include conductive impurities or conductive wells.

素子分離構造物ISOは例えば、基板200の第1の面200a及び第2の面200bの少なくとも一つと接することができる。素子分離構造物ISOは、基板200を貫通する形態のトレンチ、及びトレンチ内に埋め込まれた絶縁物を含むDTI(deep trench isolation)の構造を含むことができる。DTI方式の素子分離構造物ISOは例えば、BDTI(back deep trench isolation)又はFDTI(front deep trench isolation)方式により形成できる。また、素子分離構造物ISOは、DTI構造及び接合分離構造が混合された構造を有することができる。 For example, the device isolation structure ISO may contact at least one of the first surface 200a and the second surface 200b of the substrate 200 . The device isolation structure ISO may include a deep trench isolation (DTI) structure including a trench penetrating the substrate 200 and an insulator buried in the trench. The DTI-type device isolation structure ISO can be formed by, for example, BDTI (back deep trench isolation) or FDTI (front deep trench isolation). Also, the device isolation structure ISO may have a structure in which the DTI structure and the junction isolation structure are mixed.

第1のアクティブ領域ACT1及び受光領域SA間、第2のアクティブ領域ACT2及び受光領域SA間、並びに、受光領域SAのサブピクセル間は、各々同じ形態の素子分離構造物ISOにより分離されることもできる。他の一例として、第1のアクティブ領域ACT1及び受光領域SA間、第2のアクティブ領域ACT2及び受光領域SA間、並びに、受光領域SAのサブピクセルsp1~sp6間は、互いに異なる形態の素子分離構造物ISOにより電気的に分離できる。 The first active area ACT1 and the light receiving area SA, the second active area ACT2 and the light receiving area SA, and the sub-pixels of the light receiving area SA may be separated by the same type of element isolation structure ISO. can. As another example, between the first active region ACT1 and the light receiving region SA, between the second active region ACT2 and the light receiving region SA, and between the sub-pixels sp1 to sp6 of the light receiving region SA have different element isolation structures. can be electrically isolated by physical ISO.

例示的な実施例として、第1のアクティブ領域ACT1及び第2のアクティブ領域ACT2は、受光領域SAを挟んで第1の方向D1例えば、ロウ方向に沿って互いに平行に延長されることができる。 As an exemplary embodiment, the first active area ACT1 and the second active area ACT2 may extend parallel to each other along the first direction D1, eg, the row direction, with the light receiving area SA interposed therebetween.

図3a及び図4aに示すように、第1のアクティブ領域ACT1は、デュアルコンバージョントランジスタDCX及びリセットトランジスタRXが形成される領域であり得る。 As shown in FIGS. 3a and 4a, the first active area ACT1 can be the area in which the dual conversion transistor DCX and the reset transistor RX are formed.

NMOSトランジスタであるデュアルコンバージョントランジスタDCX及びリセットトランジスタRXが、第1のアクティブ領域ACT1に集積されるように、第1のアクティブ領域ACT1に相当する基板200に第1の導電型ウェル205a、例えばpウェルを形成できる。参考として、第1のアクティブ領域ACT1は、カラーフィルタ(図示せず)を区分する光学ブラック領域(図示せず)に対応付けられる。 A first conductivity type well 205a, for example a p-well, is formed in the substrate 200 corresponding to the first active area ACT1 so that the dual conversion transistor DCX and the reset transistor RX, which are NMOS transistors, are integrated in the first active area ACT1. can be formed. For reference, the first active area ACT1 is associated with an optical black area (not shown) that defines a color filter (not shown).

デュアルコンバージョンゲート220a及びリセットゲート220bは、第1のアクティブ領域ACT1の所定部分に各々形成できる。デュアルコンバージョンゲート220a及びリセットゲート220bは、所定距離を置いて離隔配置され得る。デュアルコンバージョンゲート220a及び第1のアクティブ領域ACT1の表面(すなわち、第1の面200a)間、並びに、リセットゲート220b及び第1のアクティブ領域ACT1の表面(すなわち、第1の面200a)間に、ゲート絶縁膜210を各々介在できる。デュアルコンバージョンゲート220a及びリセットゲート220bの両方の第1のアクティブ領域ACT1に接合領域240a、240b、240cが形成され、デュアルコンバージョントランジスタDCX及びリセットトランジスタRXが形成される。接合領域240a、240b、240cは、第1の導電型と反対である第2の導電型(例えば、n型)不純物を含むことができる。接合領域240aはデュアルコンバージョントランジスタDCXのソースであり得、接合領域240bはデュアルコンバージョントランジスタDCXのドレインであると同時に、リセットトランジスタRXのソースであり得る。接合領域240cはリセットトランジスタRXのドレインであり得る。デュアルコンバージョントランジスタDCXのソース240aは、図2aに基づいて電気的にフローティングできる。デュアルコンバージョントランジスタDCXのゲート220a(以下、デュアルコンバージョンゲートと称する)は、リセットトランジスタRXのゲート220b(以下、リセットゲートと称する)に比べて大きい線幅を有するように構成できるが、これに限定されるものではない。未説明の図面符号230は、ゲート側壁スペーサーであり得る。一例として、第1のアクティブ領域ACT1は、各々のピクセルグループPXGと対応するようにパターン形態で構成できるが、これに限定されるものではない。 The dual conversion gate 220a and the reset gate 220b may be formed in predetermined portions of the first active area ACT1. The dual conversion gate 220a and the reset gate 220b may be spaced apart by a predetermined distance. Between the dual conversion gate 220a and the surface of the first active area ACT1 (ie, the first surface 200a), and between the reset gate 220b and the surface of the first active area ACT1 (ie, the first surface 200a), A gate insulating layer 210 may be interposed between them. Junction regions 240a, 240b, 240c are formed in the first active regions ACT1 of both the dual conversion gate 220a and the reset gate 220b to form the dual conversion transistor DCX and the reset transistor RX. Junction regions 240a, 240b, 240c may include impurities of a second conductivity type (eg, n-type) opposite the first conductivity type. Junction region 240a may be the source of dual conversion transistor DCX, and junction region 240b may be the drain of dual conversion transistor DCX and the source of reset transistor RX. Junction region 240c may be the drain of reset transistor RX. The source 240a of dual conversion transistor DCX can be electrically floating according to FIG. 2a. The gate 220a of the dual conversion transistor DCX (hereinafter referred to as the dual conversion gate) can be configured to have a larger line width than the gate 220b of the reset transistor RX (hereinafter referred to as the reset gate), but is limited to this. not something. An unexplained reference numeral 230 may be a gate sidewall spacer. For example, the first active area ACT1 may be formed in a pattern corresponding to each pixel group PXG, but is not limited thereto.

図3a及び図4bに示すように、第2のアクティブ領域ACT2は、駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXが形成される領域であり得る。駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXも、図2a又は図2bに示すように、NMOSトランジスタからなるため、第2のアクティブ領域ACT2も、第1の導電型ウェル205aを含むことができる。第1のアクティブ領域ACT1と同様に、第2のアクティブ領域ACT2も、光学ブラック領域(図示せず)と対応する位置に形成できる。 As shown in FIGS. 3a and 4b, the second active area ACT2 may be the area where the drive transistor DX and the select transistor SX are formed. Since the drive transistor DX and the select transistor SX are also composed of NMOS transistors, as shown in FIG. 2a or 2b, the second active area ACT2 can also include the first conductivity type well 205a. Similar to the first active area ACT1, the second active area ACT2 can also be formed at a position corresponding to the optical black area (not shown).

駆動トランジスタDXのゲート220c(以下、駆動ゲートと称する)及び選択トランジスタSXのゲート220d(以下、選択ゲートと称する)は、ゲート絶縁膜210を挟んで第2のアクティブ領域ACT2の上部に位置し得る。駆動トランジスタDXは、前述したように、フローティングディフュージョンFD1、FD2で生成された電荷を増幅させるソースフォロワとして駆動されなければならないので、他のピクセルトランジスタRX、DCX、SX、TX1~TX6に比べて相対的に大きい駆動力を有することが要求される。これにより、駆動ゲート220cは、選択ゲート220dより相対的に大きい線幅を有して形成されると同時に、デュアルコンバージョンゲート220a及びリセットゲート220bより相対的に大きい線幅を有するように形成される。 A gate 220c (hereinafter referred to as a drive gate) of the drive transistor DX and a gate 220d (hereinafter referred to as a select gate) of the select transistor SX can be positioned above the second active region ACT2 with the gate insulating film 210 interposed therebetween. . As described above, the drive transistor DX must be driven as a source follower that amplifies the charges generated by the floating diffusions FD1 and FD2. It is required to have a relatively large driving force. Accordingly, the drive gate 220c is formed to have a line width relatively larger than that of the selection gate 220d, and is formed to have a line width relatively larger than that of the dual conversion gate 220a and the reset gate 220b. .

駆動ゲート220c及び選択ゲート220dの両方の第2のアクティブ領域ACT2に接合領域240d、240e、240fが形成され、駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXが形成される。接合領域240d、240e、240fも、第1の導電型と反対である第2の導電型(例えば、n型)不純物を含むことができる。接合領域240dは駆動トランジスタDXのドレインであり得、接合領域240eは駆動トランジスタDXのソースであると同時に、選択トランジスタSXのドレインであり得る。また、接合領域240fは選択トランジスタのソースであり得る。また、第2のアクティブ領域ACT2も、各々のピクセルグループPXG別に区分されるパターン形態を有することのできるが、これに限定されるものではない。 Junction regions 240d, 240e and 240f are formed in the second active regions ACT2 of both the drive gate 220c and the select gate 220d to form the drive transistor DX and the select transistor SX. Junction regions 240d, 240e, 240f may also include impurities of a second conductivity type (eg, n-type) opposite the first conductivity type. Junction region 240d may be the drain of drive transistor DX, and junction region 240e may be the source of drive transistor DX and the drain of select transistor SX. Junction region 240f may also be the source of the select transistor. In addition, the second active area ACT2 may also have a pattern shape divided according to each pixel group PXG, but is not limited thereto.

図3a、図4c及び図4dに示すように、受光領域SAは、受光回路120(図2a又は図2bを参照)、並びに、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2が集積される領域であり得る。 As shown in FIGS. 3a, 4c and 4d, the light receiving area SA is the area where the light receiving circuit 120 (see FIG. 2a or 2b) and the first and second floating diffusions FD1 and FD2 are integrated. could be.

例示的な実施例として、受光領域SAは、3×2マトリックス形態に配列される第1乃至第6のサブピクセルsp1~sp6を含むことができる。 As an exemplary embodiment, the light receiving area SA may include first to sixth sub-pixels sp1 to sp6 arranged in a 3×2 matrix.

例えば、一つのロウRは、第1乃至第3のサブロウSR1~SR3を含むことができる。第1のサブピクセルsp1及び第4のサブピクセルsp4は、第1のサブロウSR1に並べて配列できる。第2のサブピクセルsp3及び第5のサブピクセルsp5は、第2のサブロウSR2に並べて配列できる。第3のサブピクセルsp3及び第6のサブピクセルsp6は、第3のサブロウSR3に並べて配列できる。 For example, one row R can include first to third subrows SR1 to SR3. The first sub-pixel sp1 and the fourth sub-pixel sp4 can be arranged side by side in the first sub-row SR1. The second sub-pixel sp3 and the fifth sub-pixel sp5 can be arranged side by side in the second sub-row SR2. The third sub-pixel sp3 and the sixth sub-pixel sp6 can be arranged side by side in the third sub-row SR3.

一方、ロウRと垂直をなすカラムCは、隣接して平行に配列される第1及び第2のサブカラムSC1、SC2を含むことができる。第1乃至第3のサブピクセルsp1~sp3は、第1のサブカラムSC1上に並べて配列できる。第4乃至第6のサブピクセルsp4~sp6は、第2のサブカラムSC2上に並べて配列できる。 On the other hand, a column C perpendicular to the row R may include first and second sub-columns SC1 and SC2 arranged adjacently in parallel. The first to third sub-pixels sp1-sp3 can be arranged side by side on the first sub-column SC1. The fourth to sixth sub-pixels sp4-sp6 can be arranged side by side on the second sub-column SC2.

また、第1乃至第6のサブピクセルsp1~sp6は、様々な形態の素子分離構造物ISOにより電気的に完全に区分できる。サブピクセルsp1~sp6により限定された空間内に、光電変換素子PD1~PD6及び転送トランジスタのゲート220-1~220-6(以下、転送ゲートと称する)を各々形成できる。ここで、サブピクセルspとは、一つの光電変換素子及び一つの転送ゲートが集積された領域として理解でき、図2a及び図2bは、受光部120a、120bを構成する1つの光電変換素子PD及び1つの転送トランジスタTXとして理解できる。 Also, the first to sixth sub-pixels sp1 to sp6 can be completely separated electrically by various types of isolation structures ISO. Photoelectric conversion elements PD1 to PD6 and gates 220-1 to 220-6 of transfer transistors (hereinafter referred to as transfer gates) can be formed in the space defined by the sub-pixels sp1 to sp6. Here, the sub-pixel sp can be understood as a region in which one photoelectric conversion element and one transfer gate are integrated, and FIGS. It can be understood as one transfer transistor TX.

参考として、第1、第2及び第4のサブピクセルsp1、sp2、sp4は図2a又は図2bに示す第1の受光部120aに相当し、第3、第5及び第6のサブピクセルsp3、sp5、sp6は図2a又は図2bに示す第2の受信部120bに相当する。 For reference, the first, second and fourth sub-pixels sp1, sp2, sp4 correspond to the first light receiving portion 120a shown in FIG. 2a or FIG. 2b, the third, fifth and sixth sub-pixels sp3, sp5 and sp6 correspond to the second receiver 120b shown in FIG. 2a or 2b.

各々の光電変換素子PD1~PD6は、前述したように、基板200の第2の面200bを介して入射される光の露出量に応じて電荷を生成できる。このような光電変換素子PD1~PD6は、フォトダイオード(photo diode)、フォトトランジスタ(photo transistor)、フォトゲート(photo gate)、ピン留めフォトダイオード(Pinned Photo Diode、PPD)又はこれらの組合せが利用される。 Each of the photoelectric conversion elements PD1 to PD6 can generate electric charges according to the amount of light incident thereon through the second surface 200b of the substrate 200, as described above. Photodiodes, phototransistors, photogates, pinned photodiodes (PPDs), or combinations thereof are used for the photoelectric conversion elements PD1 to PD6. be.

例示的な実施例として、光電変換素子PD1~PD6の各々は、サブピクセルsp1~sp6に区画された基板200内に形成できる。光電変換素子PD1~PD6は、例えば、第2の導電型不純物領域n及び第1の高濃度導電型不純物領域p+を含むことができる。例えば、第1の高濃度導電型不純物領域p+は、第2の導電型不純物領域nと接すると同時に、基板200の第2の面200bの表面に形成される。 As an exemplary embodiment, each of the photoelectric conversion elements PD1-PD6 can be formed in the substrate 200 partitioned into sub-pixels sp1-sp6. The photoelectric conversion elements PD1 to PD6 can include, for example, a second conductivity type impurity region n and a first high-concentration conductivity type impurity region p+. For example, the first high concentration conductivity type impurity region p+ is formed on the surface of the second surface 200b of the substrate 200 while being in contact with the second conductivity type impurity region n.

第1のフローティングディフュージョンFD1は、第1、第2、第4及び第5のサブピクセルsp1、sp2、sp4、sp5の接点部分に形成できる。第2のフローティングディフュージョンFD2は、第2、第3、第5及び第6のサブピクセルsp2、sp3、sp5、sp6の接点部分に形成できる。第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2は、第2の導電型不純物領域、例えばn型不純物領域を含むことができる。 A first floating diffusion FD1 may be formed at contact portions of the first, second, fourth and fifth sub-pixels sp1, sp2, sp4 and sp5. A second floating diffusion FD2 may be formed at the contact portions of the second, third, fifth and sixth sub-pixels sp2, sp3, sp5 and sp6. The first and second floating diffusions FD1 and FD2 can include second conductivity type impurity regions, eg, n-type impurity regions.

また、第1のフローティングディフュージョンFD1は、第1、第2及び第4の転送ゲート220-1、220-2、220-4により取り囲まれる。例えば、第1の転送ゲート220-1及び第2の転送ゲート220-2は、第1のサブロウSR1及び第2のサブロウSR2の境界線BR1を中心としてフォールデッド(folded)対称をなすことができる。すなわち、第2の転送ゲート220-2は、第1の転送ゲート220-1を反時計回りの方向に90゜回転させた形状を有することができる。また、第1の転送ゲート220-1及び第4の転送ゲート220-4は、第1のサブカラムSC1及び第2のサブカラムSC2の境界線BC1を中心としてフォールデッド対称をなすことができる。すなわち、第4の転送ゲート220-4は、第1の転送ゲート220-1を時計回りの方向に90゜回転させた形状を有することができる。 Also, the first floating diffusion FD1 is surrounded by first, second and fourth transfer gates 220-1, 220-2, 220-4. For example, the first transfer gate 220-1 and the second transfer gate 220-2 may be folded and symmetrical about the boundary line BR1 between the first sub-row SR1 and the second sub-row SR2. . That is, the second transfer gate 220-2 may have a shape obtained by rotating the first transfer gate 220-1 counterclockwise by 90 degrees. Also, the first transfer gate 220-1 and the fourth transfer gate 220-4 may have fold symmetry about the boundary line BC1 between the first sub-column SC1 and the second sub-column SC2. That is, the fourth transfer gate 220-4 may have a shape obtained by rotating the first transfer gate 220-1 clockwise by 90 degrees.

一方、第2のフローティングディフュージョンFD2は、第3、第5及び第6の転送ゲート220-3、220-5、220-6により取り囲まれる。例えば、第3の転送ゲート220-3及び第6の転送ゲート220-6は、第1のサブカラムSC1及び第2のサブカラムSC2の境界線BC1を中心としてフォールデッド対称をなすことができる。すなわち、第6の転送ゲート220-6は、第3の転送ゲート220-3を反時計回りの方向に90゜回転させた形状を有することができる。また、第5の転送ゲート220-5及び第6の転送ゲート220-6は、第2のサブロウSR2及び第3のサブロウSR3の境界線BR2を中心としてフォールデッド対称をなすことができる。すなわち、第6の転送ゲート220-6は、第5の転送ゲート220-5を時計回りの方向に90゜回転させた形状を有することができる。 On the other hand, the second floating diffusion FD2 is surrounded by third, fifth and sixth transfer gates 220-3, 220-5 and 220-6. For example, the third transfer gate 220-3 and the sixth transfer gate 220-6 may have fold symmetry about the boundary line BC1 between the first sub-column SC1 and the second sub-column SC2. That is, the sixth transfer gate 220-6 may have a shape obtained by rotating the third transfer gate 220-3 counterclockwise by 90 degrees. In addition, the fifth transfer gate 220-5 and the sixth transfer gate 220-6 can be folded symmetrical about the boundary line BR2 between the second sub-row SR2 and the third sub-row SR3. That is, the sixth transfer gate 220-6 may have a shape obtained by rotating the fifth transfer gate 220-5 clockwise by 90 degrees.

第1及び第3のサブロウSR1、SR3の場合、同じサブロウに位置する転送ゲート220-1と220-4、220-3と220-6は、第2の方向D2を中心として対称をなすように配列できる。一方、第2のサブロウSR2に位置する第2の転送ゲート220-2及び第5の転送ゲート220-5は、図面の対角線方向D3に対して対称をなすように配列できる。例えば、第2の転送ゲート220-2及び第5の転送ゲート220-5は、第1の方向D1及び第2の方向D2に対して2回フォールデッド対称をなすように配列できる。 In the case of the first and third sub-rows SR1 and SR3, the transfer gates 220-1 and 220-4, 220-3 and 220-6 located in the same sub-row are symmetrical about the second direction D2. can be arranged. On the other hand, the second transfer gate 220-2 and the fifth transfer gate 220-5 located in the second sub-row SR2 can be arranged symmetrically with respect to the diagonal direction D3 of the drawing. For example, the second transfer gate 220-2 and the fifth transfer gate 220-5 can be arranged in two-fold symmetry with respect to the first direction D1 and the second direction D2.

これにより、第1のサブカラムSC1に位置する第2の転送ゲート220-2及び第3の転送ゲート220-3は、同じ形状を有することができる。第2のサブカラムSC2に位置する第4の転送ゲート220-4及び第5の転送ゲート220-5は、同じ形状を有することができる。 Accordingly, the second transfer gate 220-2 and the third transfer gate 220-3 located in the first sub-column SC1 may have the same shape. A fourth transfer gate 220-4 and a fifth transfer gate 220-5 located in the second sub-column SC2 may have the same shape.

よって、各々のサブピクセルsp1~sp6は、転送ゲート220-1~220-6と、転送ゲート220-1~220-6の一側でソースの役割を果たす光電変換素子PD1~PD6とを含み、フローティングディフュージョンFD1又はフローティングディフュージョンFD2が転送トランジスタTX1~TX6のドレインになり得る。 Therefore, each of the sub-pixels sp1-sp6 includes transfer gates 220-1-220-6 and photoelectric conversion elements PD1-PD6 acting as sources on one side of the transfer gates 220-1-220-6, Floating diffusion FD1 or floating diffusion FD2 can be the drains of transfer transistors TX1-TX6.

本実施例によれば、フローティングディフュージョンFD1又はフローティングディフュージョンFD2に奇数個の光電変換素子PDが転送トランジスタTXを介して連結されても、ピクセルグループPXGの受光領域SAの全体から見るとき、偶数個のフローティングディフュージョンFD1、FD2が具備されているので、光電変換素子PD1~PD6も偶数個が具備され、どの方向でも光電変換素子PD1~PD6が対称的に配列できる。 According to the present embodiment, even if an odd number of photoelectric conversion elements PD are connected to the floating diffusion FD1 or the floating diffusion FD2 through the transfer transistors TX, an even number of photoelectric conversion elements PD can be seen from the entire light receiving area SA of the pixel group PXG. Since the floating diffusions FD1 and FD2 are provided, an even number of the photoelectric conversion elements PD1 to PD6 are provided, and the photoelectric conversion elements PD1 to PD6 can be arranged symmetrically in any direction.

前述したように、光電変換素子PD1~PD6が形成されるサブピクセルsp1~sp6は、完全孤立型の素子分離構造物ISOにより電気的に分離できる。第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2が形成される部分の素子分離構造物ISOは、図4cに示すように、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2の底面と所定距離を置いて離隔された部分から基板200の底面200bまで延長される。 As described above, the sub-pixels sp1-sp6 in which the photoelectric conversion elements PD1-PD6 are formed can be electrically isolated by the completely isolated element isolation structure ISO. As shown in FIG. 4C, the element isolation structure ISO in the portion where the first and second floating diffusions FD1 and FD2 are formed is separated from the bottom surfaces of the first and second floating diffusions FD1 and FD2 by a predetermined distance. It extends to the bottom surface 200b of the substrate 200 from the separated portion.

未説明の図面符号DFDは、ダミーフローティングディフュージョンであって、各々の光電変換素子PD1~PD6の受光面積を均一化させるために、第1及び第3のサブロウSR1、SR3の外側に、サブピクセルsp1、sp3、sp4、sp6間に各々位置し得る。ダミーフローティングディフュージョンDFDは、第1及び第2のフローティングディフュージョンFD1、FD2と同様な方式により形成されるが、電気的にはフローティングできる。 An unexplained drawing symbol DFD is a dummy floating diffusion, and subpixels sp1 are provided outside the first and third subrows SR1 and SR3 in order to uniform the light receiving areas of the respective photoelectric conversion elements PD1 to PD6. , sp3, sp4, sp6, respectively. The dummy floating diffusion DFD is formed in the same manner as the first and second floating diffusions FD1 and FD2, but can be electrically floating.

また、第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2は、第2の方向D2に沿って並べて配列できる。一例として、図2aに示す等価回路に基づいた場合、第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2は、第1の導電ラインL1により電気的に連結できる。例えば、第1の導電ラインL1は、第2のサブピクセルsp2及び第5のサブピクセルsp5の境界に位置し得る。 Also, the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be arranged side by side along the second direction D2. As an example, based on the equivalent circuit shown in FIG. 2a, the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be electrically connected by a first conductive line L1. For example, the first conductive line L1 can be located at the boundary of the second sub-pixel sp2 and the fifth sub-pixel sp5.

また、第1のフローティングディフュージョンFD1及びデュアルコンバージョントランジスタDCXのドレイン240bは、第2の導電ラインL2により電気的に連結できる。例えば、第2の導電ラインL2は、第1のサブピクセルsp1及び第4のサブピクセルsp4の境界に位置し得る。 Also, the first floating diffusion FD1 and the drain 240b of the dual conversion transistor DCX may be electrically connected by a second conductive line L2. For example, the second conductive line L2 can be located at the boundary of the first sub-pixel sp1 and the fourth sub-pixel sp4.

第2のフローティングディフュージョFD2及び駆動ゲート220cは、第3の導電ラインL3により電気的に連結できる。例えば、第3の導電ラインL3は、第3のサブピクセルsp3及び第6のサブピクセルsp6の境界に位置し得る。 The second floating diffusion FD2 and the drive gate 220c can be electrically connected by a third conductive line L3. For example, the third conductive line L3 can be located at the boundary of the third sub-pixel sp3 and the sixth sub-pixel sp6.

第1乃至第3の導電ラインL1~L3が不透明な物質からなっても、サブピクセル間を分離する素子分離構造物ISOの上部に位置するので、受光面積、すなわち光電変換素子PD1~PD6のフィルファクター(fill-factor)に影響を及ぼさない。 Even if the first to third conductive lines L1 to L3 are made of an opaque material, they are positioned above the device isolation structure ISO that separates the sub-pixels. Does not affect the fill-factor.

また、第1乃至第3の導電ラインL1~L3は同じレベルに位置し得る。他の実施例として、第1乃至第3の導電ラインL1~L3の少なくとも一つは、残りの導電ラインと互いに異なるレベルに位置し得る。本実施例において、導電ラインL1、L2、L3の「レベル」とは、基板200の第1の面200aから離隔された距離を意味することができる。 Also, the first to third conductive lines L1 to L3 may be located at the same level. As another example, at least one of the first through third conductive lines L1-L3 may be positioned at a different level from the rest of the conductive lines. In this embodiment, the "levels" of the conductive lines L1, L2, L3 can refer to the distances separated from the first surface 200a of the substrate 200. FIG.

また、図2bに示す等価回路に基づいてピクセルグループPXGを構成する場合、図3bに示すように、第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2は電気的に分離できる。換言すれば、図3aに示す第1の導電ラインL1を省略することができる。代替的に、ピクセルグループPXGは、デュアルコンバージョントランジスタDCXのソース240a及び第2のフローティングディフュージョンFD2を電気的に連結する第4の導電ラインL4をさらに含むことができる。デュアルコンバージョントランジスタDCXの駆動により、第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2を選択的に連結できる。第4の導電ラインL4も、素子分離構造物ISOの上部、もしくは、光学ブラック領域(図示せず)に対応する部分に配置させることで、ピクセルグループPXGのフィルファクターの影響を低減できる。 Also, when configuring the pixel group PXG based on the equivalent circuit shown in FIG. 2B, the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be electrically separated as shown in FIG. 3B. In other words, the first conductive line L1 shown in FIG. 3a can be omitted. Alternatively, the pixel group PXG may further include a fourth conductive line L4 electrically connecting the source 240a of the dual conversion transistor DCX and the second floating diffusion FD2. By driving the dual conversion transistor DCX, the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 can be selectively connected. The fourth conductive line L4 can also be placed on top of the isolation structure ISO or in a portion corresponding to the optical black region (not shown) to reduce the effect of the fill factor of the pixel group PXG.

図5は、本発明の一実施例に係るピクセルアレイを示す平面図であり、図6は、図5のピクセルアレイを備えたイメージセンシング装置を示す斜視図である。 FIG. 5 is a plan view showing a pixel array according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a perspective view showing an image sensing device having the pixel array of FIG.

図5及び図6に示すように、イメージセンシング装置100aは、ピクセルアレイ10a及びカラーフィルタ層300aを含むことができる。 As shown in FIGS. 5 and 6, the image sensing device 100a may include a pixel array 10a and a color filter layer 300a.

ピクセルアレイ10aは、複数のロウR1、R2及び複数のカラムC1、C2、C3間に、マトリックス形態に配列された複数のピクセルグループPXG1~PXG6を含むことができる。複数のピクセルグループPXG1~PXG6は、基板200の第1の面200aに集積できる。ピクセルグループPXG1~PXG6の各々は、図3a又は図3bに示す3×2マトリックス形態に配列されたサブピクセルsp1~sp6を含むことができる。 The pixel array 10a may include a plurality of pixel groups PXG1-PXG6 arranged in a matrix between a plurality of rows R1, R2 and a plurality of columns C1, C2, C3. A plurality of pixel groups PXG1-PXG6 can be integrated on the first side 200a of the substrate 200. FIG. Each of the pixel groups PXG1-PXG6 can include sub-pixels sp1-sp6 arranged in a 3×2 matrix format as shown in FIG. 3a or 3b.

例示的な実施例として、第1乃至第3のピクセルグループPXG1~PXG3は、第1のロウR1に沿って並べて配列され、ロウドライバ20(図1を参照)から提供される第1のロウR1を選択するための信号により一括して選択できる。第4乃至第6のピクセルグループPXG4~PXG6は、第1のロウR1と平行に配列される第2のロウR2に沿って並べて配列できる。第4乃至第6のピクセルグループPXG4~PXG6は、ロウドライバ20から提供される第2のロウR2を選択するための信号により一括して選択できる。 As an illustrative example, the first through third pixel groups PXG1-PXG3 are arranged side-by-side along a first row R1 and are provided by row driver 20 (see FIG. 1). can be collectively selected by a signal for selecting . The fourth through sixth pixel groups PXG4 through PXG6 can be arranged side by side along a second row R2 arranged parallel to the first row R1. The fourth to sixth pixel groups PXG4 to PXG6 can be collectively selected by a signal for selecting the second row R2 provided from the row driver 20. FIG.

一方、第1及び第4のピクセルグループPXG1、PXG4は、第1のカラムC1に並べて配列できる。カラムドライバ30(図1を参照)から提供される第1のカラムC1を選択するための信号により、第1のピクセルグループPXG1又は第4のピクセルグループPXG4のピクセル出力信号が読み出される。 Meanwhile, the first and fourth pixel groups PXG1 and PXG4 may be arranged side by side in the first column C1. Pixel output signals of the first pixel group PXG1 or the fourth pixel group PXG4 are read out according to the signal for selecting the first column C1 provided by the column driver 30 (see FIG. 1).

第2及び第5のピクセルグループPXG2、PXG5は、第2のカラムC2に並べて配列できる。カラムドライバ30から提供される第2のカラムC2を選択するための信号により、第2のピクセルグループPXG2又は第5のピクセルグループPXG5のピクセル出力信号が読み出される。 The second and fifth pixel groups PXG2, PXG5 can be arranged side by side in a second column C2. Pixel output signals of the second pixel group PXG2 or the fifth pixel group PXG5 are read out according to the signal for selecting the second column C2 provided from the column driver 30 .

第3及び第6のピクセルグループPXG3、PXG6は、第3のカラムC3に並べて配列できる。カラムドライバ30から提供される第3のカラムC3を選択するための信号により、第3のピクセルグループPXG3又は第6のピクセルグループPXG6のピクセル出力信号が読み出される。 The third and sixth pixel groups PXG3, PXG6 can be arranged side by side in a third column C3. Pixel output signals of the third pixel group PXG3 or the sixth pixel group PXG6 are read out according to the signal for selecting the third column C3 provided from the column driver 30 .

ピクセル信号生成回路110(図2a又は図2bを参照)が形成されるアクティブ領域ACT1、ACT2は、例えばピクセルグループPXGの受光領域SAの外周に第1の方向D1に沿って延長される。例えば、第1乃至第3のピクセルグループPXG1~PXG3を制御するリセットトランジスタRX及びデュアルコンバージョントランジスタDCXが形成される第1のアクティブ領域ACT1は、第1のロウR1の外側に第1乃至第3のピクセルグループPXG1~PXG3と対向するように配列できる。第4乃至第6のピクセルグループPXG4~PXG6を制御するリセットトランジスタRX及びデュアルコンバージョントランジスタDCXが形成される第1のアクティブ領域ACT1は、第2のロウR2の外側に第4乃至第6のピクセルグループPXG4~PXG6と対向するように配列できる。 The active areas ACT1, ACT2 in which the pixel signal generation circuits 110 (see FIG. 2a or 2b) are formed extend along the first direction D1, for example, around the periphery of the light receiving area SA of the pixel group PXG. For example, the first active area ACT1 in which the reset transistor RX and the dual conversion transistor DCX that control the first to third pixel groups PXG1 to PXG3 are formed is located outside the first row R1 in the first to third pixel groups. It can be arranged to face the pixel groups PXG1 to PXG3. A first active area ACT1, in which a reset transistor RX and a dual conversion transistor DCX for controlling the fourth to sixth pixel groups PXG4 to PXG6 are formed, is formed outside the second row R2 to the fourth to sixth pixel groups. It can be arranged to face PXG4-PXG6.

一方、駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXが形成される第2のアクティブ領域ACT2は、第1のロウR1及び第2のロウR2間にピクセルグループと各々対応するように配列できる。 Meanwhile, the second active area ACT2 in which the driving transistor DX and the selection transistor SX are formed may be arranged to correspond to each pixel group between the first row R1 and the second row R2.

例示的な実施例として、第1のピクセルグループPXG1及び第4のピクセルグループPXG4間に位置する第2のアクティブ領域ACT2に集積される駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXは、第1及び第4のピクセルグループPXG1、PXG4のピクセル信号生成回路110(図2a又は図2bを参照)として共有できる。図5の実施例では、第2の方向D2(例えば、カラム方向)に隣接するように配列されるピクセルグループが駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXを共有する例を示したが、これに限定されず、様々な設計変更によりデュアルコンバージョントランジスタDCX及びリセットトランジスタRXも、隣接するピクセルグループに共有できる。ピクセル信号生成回路110の配置は、受光面積に影響を及ぼさない範囲内で様々な形態に変更可能であり、ロウドライバ20及びカラムドライバ30から提供される様々な制御信号、例えば、選択信号SELにより選択されたピクセルグループPXGのピクセル出力信号が生成されることができる。 As an exemplary embodiment, the drive transistor DX and select transistor SX integrated in the second active area ACT2 located between the first pixel group PXG1 and the fourth pixel group PXG4 are integrated in the first and fourth pixel groups PXG4. It can be shared as the pixel signal generation circuits 110 (see FIG. 2a or 2b) of the groups PXG1, PXG4. The embodiment of FIG. 5 shows an example in which the pixel groups arranged adjacent to each other in the second direction D2 (e.g., column direction) share the driving transistor DX and the selection transistor SX, but the present invention is not limited to this. , the dual conversion transistor DCX and reset transistor RX can also be shared by adjacent pixel groups by various design modifications. The arrangement of the pixel signal generation circuit 110 can be changed in various forms within a range that does not affect the light receiving area. A pixel output signal for the selected pixel group PXG can be generated.

カラーフィルタ層300aは、基板200の第2の面200bに位置し得る。カラーフィルタ層300aは、複数のカラーフィルタ320及び光学ブラック領域330aを含むことができる。各々のカラーフィルタ320は、光学ブラック領域330aにより区画される。複数のカラーフィルタ320は、原色フィルタ(Primary Color Filter)を含むことができる。複数のカラーフィルタ320は、互いに異なる色を有する第1乃至第3のカラーフィルタ320a~320cを含むことができる。一例として、第1乃至第3のカラーフィルタ320a~320cは、各々緑色(G)、赤色(R)及び青色(B)のカラーフィルタを含むことができる。このような第1乃至第3のカラーフィルタ320a~320cは、ベイヤーパターン(Bayer pattern)方式により配列できるが、これに限定されるものではない。他の例として、第1乃至第3のカラーフィルタ320a~320cは、シアン(cyan)、マゼンタ(magenta)又は黄色(yellow)などのカラーフィルタを含むこともできる。 A color filter layer 300 a may be located on the second surface 200 b of the substrate 200 . The color filter layer 300a may include a plurality of color filters 320 and optical black regions 330a. Each color filter 320 is defined by an optical black area 330a. The plurality of color filters 320 may include primary color filters. The plurality of color filters 320 may include first to third color filters 320a-320c having different colors. For example, the first through third color filters 320a-320c may include green (G), red (R), and blue (B) color filters, respectively. The first to third color filters 320a to 320c may be arranged in a Bayer pattern, but are not limited thereto. Alternatively, the first through third color filters 320a-320c may include cyan, magenta, or yellow color filters.

例示的な実施例として、ピクセルグループPXG1~PXG6は、カラーフィルタ320a~320cに各々対応付けられる。カラーフィルタ320a~320cは、ピクセルグループPXG1~PXG6の受光領域SAに対応する大きさを有することができる。例えば、第1のピクセルグループPXG1が第1のカラーフィルタ320aと対応して配置される場合、第1のピクセルグループPXG1のピクセル出力信号Voutは、対象体(図示せず)に関する第1のカラー情報を出力できる。結果として、カラーフィルタ320a、カラーフィルタ320b及びカラーフィルタ320cの一つに対応するピクセル出力信号は、6つの光電変換素子PD1~PD6から収集された電荷に基づいて生成できる。また、図6において、D4は基板200の深さ方向に相当する。 As an illustrative example, pixel groups PXG1-PXG6 are associated with color filters 320a-320c, respectively. The color filters 320a-320c may have sizes corresponding to the light receiving areas SA of the pixel groups PXG1-PXG6. For example, if the first pixel group PXG1 is arranged corresponding to the first color filter 320a, the pixel output signal Vout of the first pixel group PXG1 is the first color information about the object (not shown). can be output. As a result, a pixel output signal corresponding to one of color filters 320a, 320b, and 320c can be generated based on the charges collected from the six photoelectric conversion elements PD1-PD6. 6, D4 corresponds to the depth direction of the substrate 200. As shown in FIG.

図7は、本発明の一実施例に係る拡張型ピクセルアレイを示す平面図であり、図8は、図7の拡張型ピクセルアレイを備えたイメージセンシング装置を示す斜視図である。 FIG. 7 is a plan view of an extended pixel array according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a perspective view of an image sensing device having the extended pixel array of FIG.

図7及び図8に示すように、本実施例のイメージセンシング装置100bは、ピクセルアレイ10b及びカラーフィルタ層300bを含むことができる。 As shown in FIGS. 7 and 8, the image sensing device 100b of this embodiment may include a pixel array 10b and a color filter layer 300b.

本実施例のピクセルアレイ10bは、マトリックス形態に配列される複数の拡張型ピクセルグループEPX1~EPX3を含むことができる。拡張型ピクセルグループEPX1~EPX3の各々は、例えば、6×2マトリックス形態に配列されたサブピクセルsp1~sp12を含むことができ、全部同じ構造を有することができる。以下では、第1の拡張型ピクセルグループEPX1を一例として拡張型ピクセルグループの構造を説明する。 The pixel array 10b of this embodiment may include a plurality of extended pixel groups EPX1-EPX3 arranged in a matrix. Each of the extended pixel groups EPX1-EPX3 may include sub-pixels sp1-sp12 arranged in a 6×2 matrix, for example, and may all have the same structure. The structure of the extended pixel group will be described below using the first extended pixel group EPX1 as an example.

本実施例の第1の拡張型ピクセルグループEPX1は、第2の方向D2に隣接するように配列された第1及び第4のピクセルグループPXG1、PXG4を含むことができる。第1のピクセルグループPXG1の構成は、図5と同様であり、第4のピクセルグループPXG4の構成も、図5に示す第4のピクセルグループPXG4と実質的に同様である。 The first extended pixel group EPX1 of this embodiment may include first and fourth pixel groups PXG1 and PXG4 arranged adjacently in the second direction D2. The configuration of the first pixel group PXG1 is similar to that in FIG. 5, and the configuration of the fourth pixel group PXG4 is also substantially similar to the fourth pixel group PXG4 shown in FIG.

また、ピクセル信号生成回路110(図2aを参照)のうち、リセットトランジスタRX及びデュアルコンバージョントランジスタDCXが形成される第1のアクティブ領域ACT1は、図5と同様に、第1のピクセルグループPXG1の上端部に配置される。ピクセル信号生成回路110(図2aを参照)のうち、駆動トランジスタDX及び選択トランジスタSXが形成される第2のアクティブ領域ACT2は、第1のピクセルグループPXG1及び第4のピクセルグループPXG4間に配置される。 Also, in the pixel signal generation circuit 110 (see FIG. 2A), the first active area ACT1 in which the reset transistor RX and the dual conversion transistor DCX are formed is the upper end of the first pixel group PXG1, as in FIG. placed in the department. A second active area ACT2 in which the driving transistor DX and the selection transistor SX are formed in the pixel signal generation circuit 110 (see FIG. 2a) is arranged between the first pixel group PXG1 and the fourth pixel group PXG4. be.

第1の拡張型ピクセルグループEPX1は、電気的に連結された第1のピクセルグループPXG1のフローティングディフュージョンFD1、FD2と、第4のピクセルグループPXG4のフローティングディフュージョンFD3、FD4とを含むことができる。説明の便宜のために、図5に表示された第4のピクセルグループPXG4の第1のフローティングディフュージョンFD1及び第2のフローティングディフュージョンFD2の部分が、本実施例の拡張型ピクセルグループEPX1では、第3のフローティングディフュージョンFD3及び第4のフローティングディフュージョンFD4として表示される。 The first extended pixel group EPX1 may include floating diffusions FD1, FD2 of the first pixel group PXG1 and floating diffusions FD3, FD4 of the fourth pixel group PXG4 electrically coupled. For convenience of explanation, the portions of the first floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2 of the fourth pixel group PXG4 shown in FIG. are displayed as a floating diffusion FD3 and a fourth floating diffusion FD4.

より具体的に説明すれば、第1の拡張型ピクセルグループEPX1に属する第1のピクセルグループPXG1は、図5と同様に、デュアルコンバージョントランジスタDCXのドレイン240bと第1のフローティングディフュージョンFD1、第1のフローティングディフュージョンFD1と第2のフローティングディフュージョンFD2、第2のフローティングディフュージョンFD2と駆動ゲート220cを、各々連結する導電ラインLaを含むことができる。 More specifically, the first pixel group PXG1 belonging to the first extended pixel group EPX1 includes the drain 240b of the dual conversion transistor DCX, the first floating diffusion FD1, and the first A conductive line La may be included to connect the floating diffusion FD1 and the second floating diffusion FD2, and the second floating diffusion FD2 and the drive gate 220c.

一方、第1の拡張型ピクセルグループEPX1に属する第4のピクセルグループPXG4は、駆動ゲート220cと第3のフローティングディフュージョンFD3、第3のフローティングディフュージョンFD3と第4のフローティングディフュージョンFD4を、各々電気的に連結する導電ラインLbを含むことができる。 On the other hand, the fourth pixel group PXG4 belonging to the first extended pixel group EPX1 electrically connects the drive gate 220c and the third floating diffusion FD3, the third floating diffusion FD3 and the fourth floating diffusion FD4, respectively. A connecting conductive line Lb may be included.

導電ラインLa、Lbにより、6×2サブピクセルから収集された電荷が駆動ゲート220cに伝達されてピクセル出力信号を生成できる。このとき、前述したように、各サブピクセルに具備された転送トランジスタの駆動により、第1乃至第4のフローティングディフュージョンFD1~FD4に収集された電荷量を調節できる。 Conductive lines La, Lb allow the charge collected from the 6×2 sub-pixels to be transferred to the drive gate 220c to generate the pixel output signal. At this time, as described above, the charge amount collected in the first to fourth floating diffusions FD1 to FD4 can be adjusted by driving the transfer transistor provided in each sub-pixel.

他の一例として、第1のサブカラムSC1に位置する転送トランジスタTX1~TX3、TX7~TX9のゲート220-1~220-3、220-7~220-9にイネーブル信号を印加し、第2のサブカラムSC2に位置する転送トランジスタTX4~TX6、TX10~TX12のゲートにディセーブル信号を印加し、6×1サブピクセルにより拡張型ピクセルグループEPXを構成することもできる。 As another example, an enable signal is applied to the gates 220-1 to 220-3 and 220-7 to 220-9 of the transfer transistors TX1 to TX3 and TX7 to TX9 located in the first sub-column SC1, and the By applying a disable signal to the gates of the transfer transistors TX4 to TX6 and TX10 to TX12 located in SC2, an extended pixel group EPX can be configured with 6×1 sub-pixels.

また、カラーフィルタ層300bは、図8と同様に、基板200の第2の面200bに位置し得る。カラーフィルタ層300bは、複数のカラーフィルタ325及び光学ブラック領域330bを含むことができる。各々のカラーフィルタ325は、図6と同様な配列の第1乃至第3のカラーフィルタ325a、325b、325cを含むことができる。本実施例の第1乃至第3のカラーフィルタ325a、325b、325cは、拡張型ピクセルグループEPX1、EPX2、EPX3の各々に対応する大きさで構成できる。これにより、6×1又は6×2のサブピクセルにより収集された電荷から出力されるピクセル信号は、対応するカラーフィルタ325の情報を示すことができる。 Also, the color filter layer 300b can be located on the second surface 200b of the substrate 200, similar to FIG. Color filter layer 300b may include a plurality of color filters 325 and optical black regions 330b. Each color filter 325 may include first to third color filters 325a, 325b, 325c arranged in the same manner as in FIG. The first to third color filters 325a, 325b, and 325c of the present embodiment may have sizes corresponding to the extended pixel groups EPX1, EPX2, and EPX3, respectively. This allows the pixel signal output from the charges collected by the 6×1 or 6×2 sub-pixels to represent the information of the corresponding color filter 325 .

図9は、本発明の他の実施例に係る拡張型ピクセルグループを示す平面図であり、図10は、本発明の他の実施例に係る拡張型ピクセルグループを示す平面図である。図11は、本発明の一実施例に係る拡張型ピクセルグループ及び拡張型カラーフィルタを備えたイメージセンシング装置を示す斜視図である。 FIG. 9 is a plan view showing an extended pixel group according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a plan view showing an extended pixel group according to another embodiment of the present invention. FIG. 11 is a perspective view of an image sensing device with extended pixel groups and extended color filters according to an embodiment of the present invention.

図9及び図11に示すように、イメージセンシング装置100cは、ピクセルアレイ10c及びカラーフィルタ層300cを含むことができる。 As shown in FIGS. 9 and 11, the image sensing device 100c may include a pixel array 10c and a color filter layer 300c.

ピクセルアレイ10cは、マトリックス形態に配列される複数の拡張型ピクセルグループTRX1~TPX4を含むことができる。 The pixel array 10c may include a plurality of extended pixel groups TRX1-TPX4 arranged in a matrix.

本実施例の拡張型ピクセルグループTPXは、図5のピクセルグループPXGよりも多くの数のサブピクセルを含むことができる。拡張型ピクセルグループTPXは、例えば、奇数個のサブピクセルを含むことができる。 Extended pixel group TPX in this example can include a greater number of sub-pixels than pixel group PXG in FIG. An extended pixel group TPX may contain, for example, an odd number of sub-pixels.

一例として、拡張型ピクセルグループTPXは、交差配列される3つのサブロウSR1~SR3と、3つのサブカラムSC1~SC3との交差部に各々連結される3×3サブピクセルsp1~sp9を含むことができる。 As an example, the extended pixel group TPX may include three cross-arrayed sub-rows SR1-SR3 and 3×3 sub-pixels sp1-sp9 each connected to the intersections of the three sub-columns SC1-SC3. .

第1、第4及び第7のサブピクセルsp1、sp4、sp7は第1のサブロウSR1を構成でき、第2、第5、及び第8のサブピクセルsp2、sp5、sp8は第2のサブロウSR2を構成でき、第3、第6及び第9のサブピクセルsp3、sp6、sp9は第3のサブロウSR3を構成できる。 The first, fourth and seventh sub-pixels sp1, sp4, sp7 can form a first sub-row SR1 and the second, fifth and eighth sub-pixels sp2, sp5, sp8 can form a second sub-row SR2. configurable, the third, sixth and ninth sub-pixels sp3, sp6, sp9 may constitute the third sub-row SR3.

第1乃至第3のサブピクセルsp1、sp2、sp3は第1のサブカラムSC1を構成でき、第4乃至第6のサブピクセルsp4、sp5、sp6は第2のサブカラムSC2を構成でき、第7乃至第9のサブピクセルsp7、sp8、sp9は第3のサブカラムSC3を構成できる。 The first to third sub-pixels sp1, sp2 and sp3 can form a first sub-column SC1, the fourth to sixth sub-pixels sp4, sp5 and sp6 can form a second sub-column SC2, and the seventh to third sub-pixels sp4, sp5 and sp6 can form a second sub-column SC2. Nine sub-pixels sp7, sp8, sp9 can constitute a third sub-column SC3.

拡張型ピクセルグループTPXは、例えば、第1乃至第4のフローティングディフュージョンFD1~FD4を含むことができる。第1のフローティングディフュージョンFD1は、隣接する少なくとも3つのサブピクセルの接点部分、例えば第1、第2、第4及び第5のサブピクセルsp1、sp2、sp4、sp5の接点部分に形成できる。第2のフローティングディフュージョンFD2も、隣接する少なくとも3つのサブピクセルの接点部分、例えば第2、第3、第5及び第6のサブピクセルsp2、sp3、sp5、sp6の接点部分に形成できる。第3のフローティングディフュージョンFD3は、第1のフローティングディフュージョンFD1と第2のサブカラムSC2及び第3のサブカラムSC3の境界線を基準として対称をなす第7及び第8のサブピクセルsp7、sp8の接点部分に形成できる。第4のフローティングディフュージョンFD4は、第2のフローティングディフュージョンFD2と第2のサブカラムSC2及び第3のサブカラムSC3の境界線を基準として対称をなす第8及び第9のサブピクセルsp8、sp9の接点部分に形成できる。 The extended pixel group TPX can include, for example, first to fourth floating diffusions FD1 to FD4. The first floating diffusion FD1 can be formed at the contact portions of at least three adjacent sub-pixels, such as the contact portions of the first, second, fourth and fifth sub-pixels sp1, sp2, sp4, sp5. A second floating diffusion FD2 can also be formed at the contact portions of at least three adjacent sub-pixels, eg the contact portions of the second, third, fifth and sixth sub-pixels sp2, sp3, sp5, sp6. The third floating diffusion FD3 is formed at the contact portions of the seventh and eighth sub-pixels sp7 and sp8 which are symmetrical with respect to the boundary line between the first floating diffusion FD1, the second sub-column SC2 and the third sub-column SC3. can be formed. The fourth floating diffusion FD4 is formed at the contact portions of the eighth and ninth sub-pixels sp8 and sp9 which are symmetrical with respect to the boundary line between the second floating diffusion FD2 and the second sub-column SC2 and third sub-column SC3. can be formed.

第1のサブカラムSC1の第1の転送ゲート220-1及び第2の転送ゲート220-2は、第1のフローティングディフュージョンFD1を取り囲むように配置でき、第3の転送ゲート220-3は、第2のフローティングディフュージョンFD2を取り囲むように配置できる。第1乃至第3の転送ゲート220-1~220-3の配列は、図5に示す第1乃至第3の転送ゲート220-1~220-3の配列と実質的に同様である。 The first transfer gate 220-1 and the second transfer gate 220-2 of the first sub-column SC1 can be arranged to surround the first floating diffusion FD1, and the third transfer gate 220-3 can be arranged to surround the second can be arranged so as to surround the floating diffusion FD2. The arrangement of the first to third transfer gates 220-1 to 220-3 is substantially the same as the arrangement of the first to third transfer gates 220-1 to 220-3 shown in FIG.

第2のサブカラムSC2の第4の転送ゲート220-4は、第1及び第2の転送ゲート220-1、220-2と共に第1のフローティングディフュージョンFD1を取り囲むように配列できる。第5及び第6の転送ゲート220-5、220-6は、第3の転送ゲート220-3と共に第2のフローティングディフュージョンFD2を取り囲むように配列できる。第4乃至第6の転送ゲート220-4~220-6の配列は、図5に示す第4乃至第6の転送ゲート220-4~220-6の配列と実質的に同様である。 The fourth transfer gate 220-4 of the second sub-column SC2 can be arranged to surround the first floating diffusion FD1 together with the first and second transfer gates 220-1, 220-2. The fifth and sixth transfer gates 220-5, 220-6 can be arranged to surround the second floating diffusion FD2 together with the third transfer gate 220-3. The arrangement of the fourth to sixth transfer gates 220-4 to 220-6 is substantially the same as the arrangement of the fourth to sixth transfer gates 220-4 to 220-6 shown in FIG.

一方、第3のサブカラムSC3に相当する第7乃至第9の光電変換素子PD7~PD9及び第7乃至第9の転送ゲート220-7~220-9は、第1のサブカラムSC1の第1乃至第3の光電変換素子PD1~PD3及び第1乃至第3の転送ゲート220-1~220-3の配列と実質的に同様である。例えば、第7の転送ゲート220-7及び第8の転送ゲート220-8は、第3のフローティングディフュージョンFD3を取り囲むように配列でき、第9の転送ゲート220-9は、第4のフローティングディフュージョンFD4を取り囲むように配列できる。このような拡張型ピクセルグループTPXは、図5のピクセルグループPXGよりも少なくても一つのサブカラムSCをさらに含むことができる。 On the other hand, the seventh to ninth photoelectric conversion elements PD7 to PD9 and the seventh to ninth transfer gates 220-7 to 220-9, which correspond to the third sub-column SC3, correspond to the first to the first photoelectric conversion elements PD7 to PD9 of the first sub-column SC1. The arrangement is substantially the same as that of the three photoelectric conversion elements PD1 to PD3 and the first to third transfer gates 220-1 to 220-3. For example, a seventh transfer gate 220-7 and an eighth transfer gate 220-8 can be arranged to surround the third floating diffusion FD3, and a ninth transfer gate 220-9 can surround the fourth floating diffusion FD4. can be arranged to enclose the Such an extended pixel group TPX may further include at least one sub-column SC than the pixel group PXG of FIG.

一方、第4のサブカラムSC4に相当する第10乃至第12のサブピクセルsp10、sp11、sp12は、図5の場合、第3のサブカラムSC3のサブピクセルと共に第2のピクセルグループPXG2に属したが、図9及び図10の拡張型ピクセルグループTPXの場合、隣接する他の拡張型ピクセルグループTPXに属することができる。合わせて、第3及び第4のフローティングディフュージョンFD3、FD4は、互いに異なる拡張型ピクセルグループTPXに共有できる。 On the other hand, the tenth to twelfth sub-pixels sp10, sp11, and sp12 corresponding to the fourth sub-column SC4 belong to the second pixel group PXG2 together with the sub-pixels of the third sub-column SC3 in FIG. The extended pixel group TPX in FIGS. 9 and 10 can belong to another adjacent extended pixel group TPX. Together, the third and fourth floating diffusions FD3, FD4 can be shared by different extended pixel groups TPX.

ここで、ピクセル信号生成回路110-1、110-2は、図5のピクセルグループPXG1~PXG6別に対応するように示したが、隣接する2つのピクセル信号生成回路110-1、110-2が一つの拡張型ピクセルグループTPXを制御するように関連付けられて動作でき、もしくは、一つの拡張型ピクセルグループTPXに対応するようにピクセル信号生成回路を再構成できる。 Here, although the pixel signal generation circuits 110-1 and 110-2 are shown to correspond to pixel groups PXG1 to PXG6 in FIG. operable in conjunction to control one extended pixel group TPX, or the pixel signal generation circuitry can be reconfigured to correspond to one extended pixel group TPX.

このような3×3サブピクセルsp1~sp9の受光領域は、第1の方向D1、第2の方向D2及び対角線方向D3に対して対称をなすので、拡張型ピクセルグループTPXの全体面積に対して均一な受光が可能となる。 The light-receiving areas of the 3×3 sub-pixels sp1 to sp9 are symmetrical with respect to the first direction D1, the second direction D2 and the diagonal direction D3. Uniform light reception becomes possible.

他の一例として、図10に示すように、第3のサブカラムSC3に相当する第7乃至第9のサブピクセルsp7~sp9の光電変換素子PD7~PD9及び転送ゲート220-7~220-9は、第2のサブカラムSC2の第4乃至第6のサブピクセルsp4~sp6の光電変換素子PD4~PD6及び転送ゲート220-4~220-6に対し、第2及び第3のサブカラムSC2、SC3の境界線を中心としてフォールデッド対称をなすことができる。すなわち、第7乃至第9のサブピクセルsp7~sp9の光電変換素子PD7~PD9及び転送ゲート220-7~220-9は、第4乃至第6のサブピクセルsp4~sp6の光電変換素子PD4~PD6及び転送ゲート220-4~220-6と180゜対称をなすことができる。これにより、第7の転送ゲート220-7は、第3のフローティングディフュージョンFD3を取り囲むことができ、第8及び第9の転送ゲート220-8、220-9は、第4のフローティングディフュージョンFD4を取り囲むことができる。 As another example, as shown in FIG. 10, the photoelectric conversion elements PD7 to PD9 and the transfer gates 220-7 to 220-9 of the seventh to ninth sub-pixels sp7 to sp9 corresponding to the third sub-column SC3 are Boundary lines between the second and third sub-columns SC2 and SC3 with respect to the photoelectric conversion elements PD4-PD6 and the transfer gates 220-4-220-6 of the fourth through sixth sub-pixels sp4-sp6 of the second sub-column SC2 can be folded symmetrically about . That is, the photoelectric conversion elements PD7 to PD9 of the seventh to ninth sub-pixels sp7 to sp9 and the transfer gates 220-7 to 220-9 correspond to the photoelectric conversion elements PD4 to PD6 of the fourth to sixth sub-pixels sp4 to sp6. and 180° symmetrical with the transfer gates 220-4 to 220-6. This allows the seventh transfer gate 220-7 to surround the third floating diffusion FD3, and the eighth and ninth transfer gates 220-8, 220-9 to surround the fourth floating diffusion FD4. be able to.

このように、第3のサブカラムSC3の転送ゲート220-7~220-9の配列が変更されても、第1の方向D1、第2の方向D2及び全ての対角線方向D3に対して均一な受光領域が提供される。 In this way, even if the arrangement of the transfer gates 220-7 to 220-9 of the third sub-column SC3 is changed, light is received uniformly in the first direction D1, the second direction D2 and all the diagonal directions D3. A region is provided.

また、以前の実施例において、第1及び第2のサブカラムSC1、SC2で生成された電荷は、第1のピクセルグループPXG1のピクセル信号生成回路110-1を介してピクセル出力信号として変換され、第3のサブカラムSC3で生成された電荷は、第2のピクセルグループPXG2のピクセル信号生成回路110-2を介してピクセル出力信号として変換された。 Also, in the previous embodiment, the charges generated in the first and second sub-columns SC1, SC2 are converted as pixel output signals through the pixel signal generation circuit 110-1 of the first pixel group PXG1, The charges generated in sub-column SC3 of 3 were converted as pixel output signals via pixel signal generation circuit 110-2 of the second pixel group PXG2.

しかしながら、本実施例の拡張型ピクセルグループTPXは、公知のビニング技法により、第1及び第2のサブカラムSC1、SC2で生成された電荷は、第1のピクセル信号生成回路110-1の出力ノードを介して中間読み出し(intermediate reading)を行わず、レジスタ(register:図示せず)にシフト(shift)できる。レジスタに一時保存された電荷は、第3のサブカラムSC3で生成された電荷と合算され、第2のピクセルグループPXG2のピクセル信号生成回路110-2を介して拡張型ピクセルグループTPXの出力信号として変換できる。拡張されたピクセルグループTPXを構成する光電変換素子PD1~PD9の電荷量が合算されるように、第1乃至第4のフローティングディフュージョンは、直接又は間接の方式により電気的に連結できる。ここで、直接方式は導電ラインにより連結する方式であり得、間接方式は直列又は並列レジスタにより電荷がシフトされる方式であり得る。このとき、拡張型ピクセルグループTPXのピクセル出力信号生成時、他のカラーのフィルタと対応する第4のサブカラムSC4で生成された電荷が混合されないように、第10乃至第12の転送ゲート220-10~220-12に印加される転送信号は、全部ディセーブルされる。前述した動作方法は、ビニング技術の一例を説明するだけであり、公知の多様なビニング技術がここに含まれることは明らかである。 However, in the extended pixel group TPX of this embodiment, the charges generated in the first and second sub-columns SC1 and SC2 are transferred to the output node of the first pixel signal generating circuit 110-1 by a known binning technique. It can be shifted to a register (not shown) without intermediate reading. The charges temporarily stored in the register are summed with the charges generated in the third sub-column SC3 and converted as an output signal of the extended pixel group TPX through the pixel signal generation circuit 110-2 of the second pixel group PXG2. can. The first to fourth floating diffusions may be electrically connected directly or indirectly so that the charges of the photoelectric conversion elements PD1 to PD9 forming the extended pixel group TPX are summed. Here, the direct method can be a method of connecting by a conductive line, and the indirect method can be a method in which charges are shifted by serial or parallel registers. At this time, the tenth to twelfth transfer gates 220-10 are arranged so that charges generated in the corresponding fourth sub-column SC4 are not mixed with filters of other colors when pixel output signals of the extended pixel group TPX are generated. . . . 220-12 are all disabled. The method of operation described above only describes one example of a binning technique, and it is clear that a wide variety of known binning techniques are included here.

カラーフィルタ層300cは、基板200の底面200bに位置し得る。カラーフィルタ層300cは、拡張型の第1乃至第3のカラーフィルタ327a、327b、327c及び光学ブラック領域330cを含むことができる。拡張型の第1乃至第3のカラーフィルタ327a、327b、327cは、拡張型ピクセルグループTPXと対応する大きさを有することができる。 A color filter layer 300 c may be located on the bottom surface 200 b of the substrate 200 . The color filter layer 300c may include extended first to third color filters 327a, 327b, 327c and an optical black region 330c. The extended first to third color filters 327a, 327b, and 327c may have sizes corresponding to the extended pixel groups TPX.

すなわち、拡張型の第1乃至第3のカラーフィルタ327a、327b、327cの各々は、3×3サブピクセルと対応できる。これにより、一つの拡張型ピクセルグループTPXで生成されるピクセル出力信号は、総9つの光電変換素子から伝達された光電荷が変換された値であり得る。このような本発明の実施例によれば、一つのカラーフィルタと対応するピクセルグループの数を制約することなく、ピクセルグループの面積を調節できる。さらには、偶数個又は奇数個のサブピクセルが一つのカラーフィルタと対応するグループを形成しても、どの方向でも受光面積を均一化できる。 That is, each of the extended first to third color filters 327a, 327b, and 327c can correspond to 3×3 sub-pixels. Accordingly, a pixel output signal generated in one extended pixel group TPX may be a value obtained by converting photoelectric charges transferred from a total of nine photoelectric conversion elements. According to this embodiment of the present invention, the area of pixel groups can be adjusted without limiting the number of pixel groups corresponding to one color filter. Furthermore, even if an even number or an odd number of sub-pixels form a group corresponding to one color filter, the light-receiving area can be made uniform in any direction.

また、ビニングモードを用いて多様な数のサブピクセルの電荷を合算することで、高いSNR(signal to noise ratio)の特性を改善でき、夜間撮影時にも優れた画質の特性を提供できる。 In addition, by summing the charges of various numbers of sub-pixels using the binning mode, high signal to noise ratio (SNR) characteristics can be improved, and excellent image quality characteristics can be provided even during night photography.

なお、本発明の好適な実施例を詳細に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内において、当該分野における通常の知識を有する者により様々な変形が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and within the scope of the technical idea of the present invention, those skilled in the art can Various modifications are possible.

Claims (20)

交差配列されるロウ及びカラム間に連結されるピクセルグループを少なくとも一つ含み、
前記ピクセルグループは、
少なくとも一つのフローティングディフュージョンと、
前記フローティングディフュージョンと共通的に連結され、露出光に対して電荷を各々生成するn個(前記nは1より大きい奇数)の光電変換素子とを含む、イメージセンシング装置。
at least one pixel group connected between cross-arrayed rows and columns;
The pixel group is
at least one floating diffusion;
and n photoelectric conversion elements (where n is an odd number greater than 1) that are commonly connected to the floating diffusion and each generate an electric charge with respect to exposure light.
前記フローティングディフュージョンは、前記ピクセルグループ当たり偶数個だけ具備され、前記偶数個のフローティングディフュージョンは電気的に連結される、請求項1に記載のイメージセンシング装置。 The image sensing device of claim 1, wherein an even number of floating diffusions are provided per pixel group, and the even number of floating diffusions are electrically connected. 前記ロウは、互いに隣接して平行な少なくとも3つのサブロウに区分され、
前記カラムは、少なくとも1つのサブカラムに区分され、
前記サブロウ及び前記サブカラムの交差部に各々連結される複数のサブピクセルにより、前記ピクセルグループが限定される、請求項1に記載のイメージセンシング装置。
the rows are partitioned into at least three adjacent and parallel sub-rows;
the column is partitioned into at least one sub-column;
2. The image sensing device of claim 1, wherein the pixel groups are defined by a plurality of sub-pixels each connected to intersections of the sub-rows and the sub-columns.
前記サブピクセルの各々に前記光電変換素子が各々集積される、請求項3に記載のイメージセンシング装置。 4. The image sensing device of claim 3, wherein each of said photoelectric conversion elements is integrated in each of said sub-pixels. 前記フローティングディフュージョンは、隣接する少なくとも3つの前記サブピクセルの接点部分に位置する、請求項3に記載のイメージセンシング装置。 4. The image sensing device of claim 3, wherein the floating diffusion is located at a contact portion of at least three adjacent sub-pixels. 前記光電変換素子及び前記フローティングディフュージョン間の前記サブピクセルに転送トランジスタのゲートが具備され、
前記ゲート信号に応じて前記光電変換素子で生成された前記電荷が、前記フローティングディフュージョンに伝達される、請求項3に記載のイメージセンシング装置。
a gate of a transfer transistor is provided in the sub-pixel between the photoelectric conversion element and the floating diffusion;
4. The image sensing device according to claim 3, wherein said charges generated in said photoelectric conversion element according to said gate signal are transferred to said floating diffusion.
前記ピクセルグループと対応する大きさに配置されるカラーフィルタをさらに含む、請求項1に記載のイメージセンシング装置。 2. The image sensing device of claim 1, further comprising color filters having sizes corresponding to the pixel groups. 前記少なくとも一つのピクセルグループのピクセル出力信号を生成するピクセル信号生成回路をさらに含み、
前記ピクセル出力信号は、前記少なくとも一つのピクセルグループに含まれた前記光電変換素子により生成された前記電荷量の総和に基づいて決定される、請求項1に記載のイメージセンシング装置。
further comprising pixel signal generation circuitry for generating pixel output signals for the at least one pixel group;
2. The image sensing device of claim 1, wherein the pixel output signal is determined based on the sum of the charge amounts generated by the photoelectric conversion elements included in the at least one pixel group.
対向する第1の面及び第2の面を含む基板と、
前記基板の第1の面に形成され、カラム方向に沿って並べて配列される第1、第2及び第3のサブピクセルを含む第1のサブカラム、前記カラム方向に沿って並べて配列される第4、第5及び第6のサブピクセルを含む第2のサブカラム、並びに、前記カラム方向に沿って並べて配列される第7、第8及び第9のサブピクセルを含む第3のサブカラムが、前記カラム方向と垂直であるロウ方向に沿って順次配列される拡張型ピクセルグループと、
前記第1、第2、第4及び第5のサブピクセルの接点部分に形成される第1のフローティングディフュージョンと、
前記第2、第3、第5及び第6のサブピクセルの接点部分に形成される第2のフローティングディフュージョンと、
前記第1のフローティングディフュージョンと前記第2のサブカラム及び前記第3のサブカラムの境界線を基準として対称をなす前記第7及び第8のサブピクセルの接点部分に形成される第3のフローティングディフュージョンと、
前記第2のフローティングディフュージョンと前記第2のサブカラム及び前記第3のサブカラムの境界線を基準として対称をなす前記第8及び第9のサブピクセルの接点部分に形成される第4のフローティングディフュージョンとを含み、
前記第1乃至第9のサブピクセルの各々は、前記第1乃至第4のフローティングディフュージョンの一つを取り囲むように構成される転送ゲートと、
前記転送ゲートの一側に形成される光電変換素子とを含み、
前記第1乃至第4のフローティングディフュージョンの各々は、3つの前記転送ゲートにより取り囲まれる、イメージセンシング装置。
a substrate including opposing first and second surfaces;
a first sub-column formed on the first surface of the substrate and including first, second and third sub-pixels arranged side by side along the column direction; , a second sub-column containing fifth and sixth sub-pixels, and a third sub-column containing seventh, eighth and ninth sub-pixels arranged side by side along the column direction. extended pixel groups sequentially arranged along the row direction perpendicular to
a first floating diffusion formed at contact portions of the first, second, fourth and fifth sub-pixels;
a second floating diffusion formed at contact portions of the second, third, fifth and sixth sub-pixels;
a third floating diffusion formed at a contact portion of the seventh and eighth sub-pixels symmetrical with respect to a boundary line between the first floating diffusion and the second sub-column and the third sub-column;
the second floating diffusion and a fourth floating diffusion formed at the contact portion of the eighth and ninth sub-pixels symmetrical with respect to the boundary line between the second sub-column and the third sub-column including
each of the first to ninth sub-pixels is configured to surround one of the first to fourth floating diffusions; and
a photoelectric conversion element formed on one side of the transfer gate;
The image sensing device, wherein each of the first to fourth floating diffusions is surrounded by the three transfer gates.
前記第1のサブピクセルに形成される第1の転送ゲートと、前記第2のサブピクセルに形成される第2の転送ゲートと、前記第4のサブピクセルに形成される第4の転送ゲートとは、前記第1のフローティングディフュージョンを取り囲むように形成される、請求項9に記載のイメージセンシング装置。 a first transfer gate formed in the first sub-pixel, a second transfer gate formed in the second sub-pixel, and a fourth transfer gate formed in the fourth sub-pixel; is formed to surround the first floating diffusion. 前記第3のサブピクセルに形成される第3の転送ゲートと、前記第5のサブピクセルに形成される第5の転送ゲートと、前記第6のサブピクセルに形成される第6の転送ゲートとは、前記第2のフローティングディフュージョンを取り囲むように形成される、請求項9に記載のイメージセンシング装置。 a third transfer gate formed in the third sub-pixel, a fifth transfer gate formed in the fifth sub-pixel, and a sixth transfer gate formed in the sixth sub-pixel; is formed to surround the second floating diffusion. 前記第7のサブピクセルに形成される第7の転送ゲートと、前記第8のサブピクセルに形成される第8の転送ゲートとは、前記第3のフローティングディフュージョンを取り囲むように形成され、
前記第9のサブピクセルに形成される第9の転送ゲートは、前記第4のフローティングディフュージョンを取り囲むるように形成される、請求項9に記載のイメージセンシング装置。
A seventh transfer gate formed in the seventh sub-pixel and an eighth transfer gate formed in the eighth sub-pixel are formed to surround the third floating diffusion,
10. The image sensing device of claim 9, wherein a ninth transfer gate formed in the ninth sub-pixel is formed to surround the fourth floating diffusion.
前記第7のサブピクセルに形成される第7の転送ゲートは、前記第3のフローティングディフュージョンを取り囲むように形成され、
前記第8のサブピクセルに形成される第8の転送ゲートと、前記第9のサブピクセルに形成される第9の転送ゲートとは、前記第4のフローティングディフュージョンを取り囲むように形成される、請求項9に記載のイメージセンシング装置。
a seventh transfer gate formed in the seventh sub-pixel is formed to surround the third floating diffusion;
An eighth transfer gate formed in the eighth sub-pixel and a ninth transfer gate formed in the ninth sub-pixel are formed to surround the fourth floating diffusion. Item 10. The image sensing device according to item 9.
前記第1のサブカラムの前記第1乃至第3のサブピクセル上に形成される前記転送ゲートは、前記第3のサブカラムの前記第7乃至第9のサブピクセル上に形成される前記転送ゲートと同じ形状を有する、請求項9に記載のイメージセンシング装置。 The transfer gates formed on the first to third sub-pixels of the first sub-column are the same as the transfer gates formed on the seventh to ninth sub-pixels of the third sub-column. 10. The image sensing device of claim 9, having a shape. 前記第2のサブカラムの前記第4及び第5のサブピクセル上に形成される前記転送ゲートは、前記第3のサブカラムの前記第7乃至第9のサブピクセル上に形成される前記転送ゲートに対し、前記第2及び第3のサブカラムの境界線を中心として対称をなす形状を有する、請求項9に記載のイメージセンシング装置。 The transfer gates formed on the fourth and fifth sub-pixels of the second sub-column are opposed to the transfer gates formed on the seventh to ninth sub-pixels of the third sub-column. 10. The image sensing device of claim 9, wherein the second and third sub-columns have a symmetrical shape about a boundary between the second and third sub-columns. 前記第1乃至第4のフローティングディフュージョンは、電気的に連結される、請求項9に記載のイメージセンシング装置。 10. The image sensing device of claim 9, wherein the first to fourth floating diffusions are electrically connected. 前記拡張型ピクセル構造の外側に集積されるピクセル信号生成回路をさらに含み、
前記ピクセル信号生成回路は、前記第1乃至第4のフローティングディフュージョンで生成された電荷量に基づいてピクセル出力信号を生成する、請求項9に記載のイメージセンシング装置。
further comprising a pixel signal generation circuit integrated outside the extended pixel structure;
10. The image sensing device according to claim 9, wherein said pixel signal generation circuit generates pixel output signals based on the amount of charge generated by said first to fourth floating diffusions.
前記ピクセル信号生成回路は、
前記第1、第4及び第7のサブピクセルを含む第1のサブロウの外側、並びに、前記第3、第6及び第9のサブピクセルを含む第3のサブロウの外側のうち、選択される一つに位置する第1のアクティブ領域と、
前記第1のサブロウ及び前記第3のサブロウの外側のうち、残り一つに位置する第2のアクティブ領域と、
前記第1のアクティブ領域に形成され、接合領域を共有するように構成されるリセットトランジスタ及びデュアルコンバージョントランジスタと、
前記第2のアクティブ領域に形成され、接合領域を共有するように構成される駆動トランジスタ及び選択トランジスタとを含み、
前記駆動トランジスタは、前記電荷量に基づいてターンオンされる、請求項17に記載のイメージセンシング装置。
The pixel signal generation circuit is
a selected one of outside a first sub-row including the first, fourth and seventh sub-pixels and outside a third sub-row including the third, sixth and ninth sub-pixels; a first active region located at one
a second active region located in the remaining one of the outer sides of the first sub-row and the third sub-row;
a reset transistor and a dual conversion transistor formed in the first active region and configured to share a junction region;
a drive transistor and a select transistor formed in the second active region and configured to share a junction region;
18. The image sensing device of claim 17, wherein the driving transistor is turned on based on the amount of charge.
前記第1のアクティブ領域、前記拡張型ピクセル構造の前記第1乃至第9のサブピクセル及び前記第2のアクティブ領域は、前記基板内に形成される少なくとも一つの素子分離構造により電気的に区分され、
前記素子分離構造の少なくとも一つは、前記基板の第2の面まで延長される、請求項18に記載のイメージセンシング装置。
The first active area, the first to ninth sub-pixels of the extended pixel structure and the second active area are electrically separated by at least one isolation structure formed in the substrate. ,
19. The image sensing device of claim 18, wherein at least one of the device isolation structures extends to the second surface of the substrate.
前記基板の第2の面に配置され、前記拡張型ピクセル構造に対応する大きさを有する拡張型カラーフィルタをさらに含む、請求項9に記載のイメージセンシング装置。 10. The image sensing device of claim 9, further comprising an extended color filter disposed on the second surface of the substrate and having a size corresponding to the extended pixel structure.
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